Рабочая учебная программа по дисциплине конспект лекций задание на контрольную работу и общие указания к выполнению контрольной работы
Скачать 1.52 Mb.
|
П р и м е р 3. В электрической цепи под действием несинусоидального напряжения:  протекает несинусоидальный ток:  .Определить активную, реактивную и полную мощности, а также мощность искажения, коэффициент мощности и коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. Р е ш е н и е: Активная мощность в соответствии с формулой (9) определится:  Здесь:  Реактивная мощность в соответствии с формулой (10) определится:  Для нахождения полной мощности следует предварительно определить действующие значения тока и напряжения. Действующее значение напряжения в соответствии с формулой (8) будет равно:  Действующее значение тока в соответствии с формулой (7) будет равно:  Полная мощность  Мощность искажения  Коэффициент мощности в соответствии с формулой (11) определить :  Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения  Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока  ЛЕКЦИЯ 4. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Установки емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения железных дорог решают многие задачи: повышают пропускную способность железных дорог, обеспечивая повышение уровня напряжения; снижают потери электроэнергии, обеспечивая энергосбережение; повышают эффективность работы электрооборудования, улучшая качество электроэнергии и в целом улучшают электромагнитную совместимость тяговых сетей. В лекции рассмотрены установки поперечной и продольной емкостной компенсации, включаемые на тяговых подстанциях и на постах секционирования тяговой сети. Кроме того, приведены сведения о регулируемых компенсаторах реактивной мощности для электровозов переменного тока ВЛ-80, фильтро-компенсирующих устройствах в тяговой сети и рассмотрено влияние параметров сетей внешнего электроснабжения на расчеты установок емкостной компенсации. Поскольку тяговая нагрузка постоянно изменяется во времени, то ясно, что установки емкостной компенсации должны быть регулируемыми для повышения эффективности их работы. В книге рассмотрены пути перевода установок емкостной компенсации в регулируемый режим. При этом по технико-экономическим соображением на современном этапе развития техники в электроэнергетике акцентируется внимание на применение ступенчатых регулируемых установок емкостной компенсации. Нормативные документы по конденсаторным установкам продольной и поперечной емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения. Эффективность применения конденсаторных установок в электроэнергетике известна давно [1-3]. Они позволяют повысить провозную способность железных дорог при больших нагрузках за счет повышения напряжения в тяговой сети до нормируемых значений. С их помощью также нормализуется баланс по реактивной мощности в рассматриваемом узле электроснабжения для обеспечения приемлемого режима напряжения для потребителя, решаются вопросы снижения потерь мощности и в целом повышается качество электроэнергии. Система тягового электроснабжения специфична, в связи с постоянно изменяющейся тяговой нагрузкой и её нелинейным характером. Однофазная нагрузка электроподвижного состава (ЭПС) вызывает существенное искажение синусоиды тока и напряжения , а также вносит несимметрию тока и напряжения в питающих трёхфазных сетях [ 4,5]. Практика электроснабжения доказала приемлемость в тяговом электроснабжении установок поперечной (КУ) и продольной (УПК) емкостной компенсации для повышения эффективности и надежности работы железных дорог. Тем не менее проблема совершенствования их с учетом современных требований к электроснабжению и к электрооборудованию, с учетом современной техники и новых нормативно-правовых документов является первоочередной. Разберём причины необходимости включать КУ и УПК в системах тягового электроснабжения переменного тока и выполнять их регулируемыми и переключаемыми, учитывая основные нормативные документы. 1. Установки емкостной компенсации являются мощным средством повышения напряжения в тяговой сети. Когда решается вопрос об усилении пропускной способности электрической железной дороги по напряжению, то наряду с другими способами прежде всего рассматриваются варианты применения установок поперечной и продольной емкостной компенсации. В 2010 г в Департаменте электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» утверждена «Инструкция о порядке выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения переменного тока» ( далее Инструкция), в соответствие с которой выбирается вариант включения КУ или УПК для повышения напряжения до нормированных значений. Главная особенность Инструкции в том, что в ней рассматриваются вопросы усиления тягового электроснабжения путем включения установок поперечной и продольной емкостной компенсации, а вопросы качества электроэнергии рассматриваются как сопутствующие. Поэтому при решении вопросов компенсации реактивной мощности и в целом электромагнитной совместимости тягового электроснабжения следует обращаться к другим нормативным документам. 2. Постановлением Правительства РФ от 31 августа 2006г № 530 «Об утверждении правил функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики» внесено изменение в Правила недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг, утвержденные постановлением Правительства РФ от 27 декабря 2004г.№ 861 [6]. В соответствии с внесенным дополнением в Правила, потребители электрической энергии должны соблюдать соотношение потребления активной и реактивной мощности, определенные в договоре. В случае несоблюдения этих соотношений потребитель должен установить устройства компенсации РМ либо оплачивать услуги по передаче электрической энергии в составе конечного тарифа с учетом соответствующего повышающего коэффициента. В случае участия потребителя в регулировании РМ по соглашению с сетевой организацией к стоимости услуг по передаче электрической энергии в составе конечного тарифа применяется понижающий коэффициент [ 1]. По факту выявления сетевой организацией нарушения условий потребления РМ составляется акт, который направляется потребителю, и решается вопрос о применении повышающего коэффициента к стоимости услуг по передаче электрической энергии. К настоящему времени разработаны оба документа, указанные в упомянутых постановлениях: «Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)» утвержден приказом Минпромэнерго России от 22 февраля 2007г № 49 [7]. «Методические указания по расчету повышающих (понижающих) коэффициентов к тарифам на услуги по передаче электрической энергии в зависимости от соотношения активной и реактивной мощности потребителей электрической энергии» - находится на согласовании в Федеральной службе по тарифам РФ [1]. В соответствие с Приказом № 49 Минпромэнерго нормируется коэффициент реактивной мощности tgφ для часов больших суточных нагрузок на шинах потребителя в зависимости от номинального напряжения сети Напряжение сети, кВ…… 110(154) 35(60) 6 – 20 0,4 tgφ …………….. 0,5 0,4 0,4 0,35 В частности, для тяговой подстанции 110 кВ нормируется tgφ ≤ 0,5. При этом значение коэффициента реактивной мощности, генерируемой в часы малых суточных нагрузок электрической сети, устанавливается равным нулю. В Постановлении Правительства РФ №861 (с дополнениями и изменениями в 2010г ) указано, что в договор оказания услуг по передаче электрической энергии следует включить : «…согласованные с субъектом оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике организационно-технические мероприятия по установке устройств компенсации и регулирования реактивной мощности в электрических сетях……»; Кроме того, в договоре оказания услуг по передаче электрической энергии следует учесть: «… обязанности сторон по соблюдению требуемых параметров надежности энергоснабжения и качества электрической энергии, режимов потребления электрической энергии, включая поддержание соотношения потребления активной и реактивной мощности на уровне, установленном законодательством Российской Федерации.......». Только в этом случае договор считается действующим. Таким образом, ОАО «РЖД», как сетевая организация, ежегодно при заключении договора оказания услуг по передаче электрической энергии должна составлять мероприятия по компенсации реактивной мощности в точках приема электроэнергии в сеть. 3. Особенность тягового электроснабжения – генерирование ЭПС высших гармоник тока в тяговой сети. Гармоники тока 150, 250, 350 Гц тяговой сети соответственно равны 25, 8, 3 % от основной гармоники тока ЭПС [5], они проникают в сети 110(220)кВ и создают негативные последствия Снижение несинусоидальности напряжения и тока определяется требованиями ГОСТ 13109 - 97, а также необходимостью снижать дополнительные потери электроэнергии в связи с протеканием высших гармонических тока. Все установки КУ в тяговом электроснабжении выполняются фильтрами с частотой настройки ниже 150 Гц ( обычно по условию ограничения токов высших гармоник настройка выполняется на частоту 135 ……142 Гц), фильтрующие гармоники частотой 150 Гц. Для более интенсивного снижения гармоник предложены фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ), фильтрующие гармоники частотой 150, 250 и 350 Гц [5]. В частности, НИИЭФА-ЭНЕРГО разработал одноступенчатое ФКУ с двойной настройкой на 150 и 250 Гц, а также двухступенчатые КУ с настройкой ступеней на 140 и 240 Гц. 4. ГОСТ 13109 - 97 нормирует несимметрию на шинах подстанций . В частности, на шинах тяговых подстанций 1101(220) кВ нормально допустимый коэффициент напряжения по обратной последовательности не должен превышать 2% ( а предельно допустимый – 4%). Несимметрично включенные по фазам однофазные установки поперечной емкостной компенсации КУ снижают несимметрию по току и напряжению. Здесь важно отметить, что нормативы по ГОСТ 13109 - 97 относятся к шинам балансовой принадлежности тяговых подстанций , то-есть к шинам 110(220)кВ , и несимметрия определяется как значениями тяговой нагрузки, так и сопротивлением системы внешнего электроснабжения [20]. Однако несимметрия напряжения на шинах 27,5 кВ также может неблагоприятно влиять на работу непосредственно устройств электроснабжения электрических железных дорог. Например, при питании устройств автоблокировки и электрической централизации от шин 27,5 кВ несимметрия напряжения может вызвать отказы в их работе. Поэтому включение КУ и УПК ведет к повышению качества электроэнергии, положительно влияющее на работу электрооборудования собственных нужд подстанции, линии ДПР и автоблокировки (далее АБ) на железных дорогах. 5.Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта ориентирована на форсированный переход к энергосберегающим технологиям и различным способам снижения потерь электрической мощности и электроэнергии [59]. В условиях повышенного внимания в стране на энергосбережение установки емкостной компенсации являются эффективным средством снижения потерь электроэнергии как в системе тягового, так и в системе внешнего электроснабжения. Установки продольной емкостной компенсации: в связи с повышением уровня напряжения на токоприемнике ЭПС и улучшением режима их работы также снижается электропотребление ЭПС. 6. Почему КУ в тяговых сетях необходимо выполнять регулируемыми? 6.1. Специфика тяговой нагрузки – её непостоянство в связи с изменением режима работы ЭПС, его перемещением и изменением числа ЭПС на межподстанционной зоне. Это ведет к изменяющемуся во времени графику потребления реактивной мощности ЭПС. Для нормализации режима напряжения и снижения потерь электроэнергии генерируемая мощность КУ должна соответствовать потребляемой. Поэтому для повышения эффективности работы устройств поперечной емкостной компенсации их мощность должна быть регулируемой в зависимости от значения тяговой нагрузки. В ПУЭ сказано [8]: «…..Для достижения наиболее экономичного режима работы электрических сетей с переменным графиком реактивной нагрузки следует применять автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки путем включения и отключения её в целом или отдельных её частей…». 6.2. В периоды малого числа поездов в тяговой сети (или при их отсутствии) напряжение на КУ поста секционирования возрастает и превышает допустимое значение 29 кВ для оборудования КУ и контактной сети. КУ следует отключать. Такие явления наблюдаются не один раз в сутки. В этих условиях резко снижается срок службы нерегулируемых КУ в связи повышенными бросками тока и напряжения при их частой коммутации. Поэтому для повышения надежности электрооборудования КУ должны быть регулируемыми с возможностью повышенного числа коммутаций при включениях-отключениях в зависимости от максимальных (минимальных) значений напряжения. Аналогичные явления наблюдаются при оперативных отключениях разъединителей на контактной сети при ремонтных и профилактических работах. Из-за опасности отключения разъединителями емкостного тока КУ в этих случаях отключают КУ. 6.3.Указанные нормативные документы в п.6.1 требуют соблюдения режима потребления и генерации реактивной мощности . Это можно выполнить только регулируемыми КУ. Система вправе ( что указано в Постановлении № 861) задать режим работы КУ, зафиксировав его в договоре. В Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей [9] указывается: «…Управление конденсаторной установкой, регулирование режима работы батарей конденсаторов должно быть , как правило, автоматическим.», и далее «….Разработка режимов работы конденсаторной установки должна выполняться исходя из договорных величин экономических значений реактивной энергии и мощности Режимы работы конденсаторной установки должны быть утверждены техническим руководителем Потребителя». 7 УПК также необходимо выполнять переключаемыми , так как меняется число работающих трансформаторов на подстанции и поэтому изменяется предвключенное сопротивление УПК. Переключаемые УПК позволяют повысить эффективность электроснабжения, так как приводят в соответствие параметры УПК режиму работы тяговой подстанции. Кроме того, переключаемые УПК ( по сравнению с непереключаемыми) позволяют уменьшить установленную мощность конденсаторов в 1,5 …2 раза и более. Таким образом, рассмотрены причины, необходимые для оснащения тягового электроснабжения железных дорог установками поперечной и продольной емкостной компенсации. С ростом тяговой нагрузки и по мере совершенствования нормативно-правовых документов в области качества электрической энергии и энергосбережения необходимость в установках КУ и УПК на железных дорогах будет возрастать. Поэтому так важно разработать указанные устройства надежными и экономичными. 1.1. Режим напряжения и реактивной мощности в тяговых сетях На большинстве тяговых подстанций с устройствами автоматического регулирования напряжения (АРПН) напряжение на шинах в среднем равно 26,5…28 кВ и , как правило, не выходит за пределы 25- 29 кВ. В соответствие с Правилами [22] на тяговых подстанциях предусмотрена работа АРПН, хотя известно, что работа АРПН трехфазных трансформаторов затруднена из-за несимметрии напряжения. Напряжение на постах секционирования колеблется в более широких пределах и минимальные значения могут достигать 22 – 19 кВ. Пониженные напряжения бывают, как правило, в вынужденных режимах, но здесь следует помнить , что в этом случае допускается наименьшее напряжение – 19 кВ. Кроме того, в вынужденном режиме допускается в случае необходимости ограничение на пропуск поездов. Несимметрия напряжения на шинах 27,5 кВ при больших нагрузках достигает 6…7 % и более ( при допустимых нормальных и предельных значениях коэффициента несимметрии по обратной последовательности соответственно 2 и 4 %. Несинусоидальность напряжения на шинах 27,5 кВ при больших нагрузках достигает 8…13% и при рекуперации увеличивается до 12…16 %. Наибольшие значения имеют гармоники 3,5 и 7.=,причем вследствие резонансных явлений в ЛЭП110 кВ 5-я гармоника, как правило , соизмерима с 3-й и даже превышает её. Нормативы по показателям качества электрической энергии относятся к шинам балансовой принадлежности, то-есть для тяговых подстанций, к шинам 110 (220) кВ. Несимметрия и несинусодальность на этих шинах зависит не только от тяговой нагрузки, но и от сопротивления системы внешнего электроснабжения Zвн. Другими словами, несимметрия и несинусоидальность растёт при увеличении Zвн. Реактивная мощность тяговой сети определяется наличием выпрямительных установок электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями и их углом коммутации при соответствующих режимах ЭПС. В связи с непрерывным изменением режима работы и перемещением подвижного состава, коэффициент мощности ( коэффициент реактивной мощности) тяговой нагрузки подстанции непрерывно изменяется [5]. Для магистральных участков естественное значение коэффициента мощности ЭПС изменяется в сравнительно узких предела, причем с ростом нагрузки свыше 100 – 200 А стабилизируется, а связь между активными и реактивными составляющими нагрузки приближается к функциональной. Указанное относится к измерениям при отсутствии уравнительного тока в тяговой сети, то-есть при питании тяговой сети от одной подстанции.На этих участках cosφ в основном изменяется в пределах 0,77 – 0,87 и для инженерных расчетов можно принять cosφ = 0,83. В действительности, при двухстороннем питании тяговой сети коэффициент мощности изменяется в широких пределах в зависимости от значения и фазы уравнительного тока. Последний зависит от положения регуляторов РПН (АРПН) трансформаторов на смежных подстанциях, от схемы питания системы внешнего электроснабжения и фазировки смежных подстанций. Для тяговой нагрузки фидеров, питающих разветвленные станционные пути крупных железнодорожных узлов, парки, депо, сортировочные станции, cosφ очень низкий. Это объясняется тем, что электровозы в большинстве случаев работают на начальных позициях контроллера с частыми пусками. Поэтому cosφ изменяется в широких пределах 0,3 – 0,7 и в расчетах обычно принимают его равным 0,6. В режиме рекуперации при наибольшей тяговой нагрузке cosφ суммарной нагрузки снижается на 0,02…0,08.
В зависимости от способов регулирования рассмотрим следующие группы перспективных регулируемых КУ для тягового электроснабжения: 1) Регулируемые с помощью реакторов, включаемых параллельно или последовательно с емкостью конденсаторов. 2) Ступенчатые регулируемые (дискретно регулируемые) КУ путем включения-отключения отдельных ступеней (секций) конденсаторной батареи или изменение схемы её соединения . На рис.1.1 представлена классификация схем регулируемых КУ в системе тягового электроснабжения переменного тока. Большинство схем апробированы в условиях эксплуатации или экспериментальных исследований в тяговых сетях или в условиях близким к ним. Некоторые схемы перспективны для тягового электроснабжения и нуждаются в дальнейших теоретических и экспериментальных исследованиях [5,20,62]. Схемы КУ с реактором мощностью 30 Мвар и выше широко применяются в сетях 110 кВ и выше. Эти же схемы применяются в системе тягового электроснабжения в одиночных экземплярах на зарубежных железных дорогах. Что касается ступенчатых регулируемых КУ, то известно их применение на напряжение 27,5 кВ, а также на включение конденсаторов на пониженное напряжение через трансформатор (автотрансформатор) [5]. В настоящее время применение ступенчатых КУ на отечественных железных дорогах более перспективно на напряжение 27,5кВ, они подробно рассмотрены далее.  Рис. 1.1. Классификация регулируемых схем КУ 1.2.1. Регулируемые КУ с шунтирующими реакторами. Суммарная мощность КУ при параллельном включении регулируемого реактора РР и конденсаторной батареи КБ (рис 1.2,а) равна разности их мощностей. Если указанные мощности равны, то при включенных РР и КБ КУ практически не генерирует реактивную мощность. При регулировании РР с уменьшением его мощности КУ увеличивает генерацию реактивной (емкостной) мощности в сеть. Различные схемы статических компенсаторов реактивной мощности изложены в [10 - 13]. Регулируемый реактор можно включить и последовательно с КБ, однако по технико-экономическим показателям такая схема не применяется [10]. Регулирование мощности реактора в рассматриваемом случае может осуществляться : использование явления насыщения стали , возникающего при продольном и поперечном подмагничивании магнитопровода реактора постоянным током или применением управляемых вентилей ( тиристоров). Как показано в [14] , в настоящее время применение реакторов с поперечным подмагничиванием в системе тягового электроснабжения не рационально в связи с их высокой стоимостью и рядом недостатков. В настоящее время в сетях 35 кВ и выше применяются схемы с реактором, регулируемом тиристорами ( СТК), рис 1.2,б. Изменяя угол регулирования тиристоров от 0 до π/2, изменяется величина тока, протекающая через реактор, от номинального значения до нуля. Отметим, что фазовое регулирование тиристоров , включенных последовательно с конденсаторами , в режиме естественной коммутации невозможно, поэтому тиристоры включены последовательно реактору.  Рис. 1.2. Регулируемые КУ с реактором В рассматриваемой схеме (рис.1.2,б) тиристоры работают в относительно легких условиях, графики тока тиристора и напряжения между его анодом и катодом на протяжении одного периода частоты сети приведены на рис.1.3. Эти графики представляют собой отрезки синусоид , в них отсутствуют какие-либо выбросы или резкие изменения. Поэтому такие важные показатели работы тиристоров, как скорости изменения напряжения и тока , в них будут находиться существенно ниже их предельных значений. Предельное значение напряжения анод-катод в закрытом состоянии тиристора не превышает амплитудного значения напряжения сети. Предельные значения напряжения на других элементах схемы также не превышают напряжения сети. Указанное свидетельствует о потенциально высокой надежности тиристорного управления рассматриваемых СТК. Недостаток схемы с управляемыми тиристорами является наличие высших гармонических в токе , который потребляется реактором из сети.  Рис 1.3. Диаграмма мгновенных значений тока реактора iL и напряжения ub вентиля в схеме СТК Таким образом , в схеме с реактором, управляемом тиристорами обязательно должны быть фильтры настроенные на нечетные гармоники [13]. В качестве примера на рис 1.2,б показаны фильтры Ф. Вместо реактора может применяться реактор - трансформатор для снижения напряжения на коммутируемых тиристорах (рис.1,2,в ) . Проект этой схемы выполнен в Словакии для тягового электроснабжения . Известны схемы с включением КБ через понижающий трансформатор (автотрансформатор) , обеспечивающего возможность работы СТК на пониженном напряжении ( рис.1.2,г). Зарубежный опыт свидетельствует о технической эффективности применения СТК в тяговом электроснабжении. Представляет практический интерес разработки « Ансальдо-ВЭИ» (совместная российско-итальянская научно-производственная фирма) по регулируемым установкам компенсации реактивной мощности для тяговой нагрузки железных дорог [13]. Статический тиристорный компенсатор (СТК) с реакторной группой ТРГ, управляемой тиристорами , и мощными фильтро – компенсирующими цепями ФКЦ был включен в конце участка тяговой сети системы 25 кВ с односторонним питанием в Chathill (Англия). В часы пик падение напряжения в конце линии составляло 8 – 9 кВ, установка СТК мощностью 10 Мвар и напряжением 25 кВ гарантировано уменьшало падение напряжения на 3 кВ при максимальной мощности нагрузки. Указанная схема СТК включает в себя ( рис. 1.4 ): - однофазную тиристорно-реакторную группу (ТРГ), являющуюся плавно регулируемым потребителем реактивной мощности. ТРГ состоит из тиристорного модуля (ВТВ) с двунаправленными тиристорами и сдвоенного компенсирующего реактора (РК). Для охлаждения тиристоров применяется деионизованная вода. - фильтро-компенсирующие цепи (ФКЦ), являющиеся источниками реактивной мощности и фильтрами высших гармоник. ФКЦ включает в себя однофазный фильтровый реактор (РФ) и одну фазу конденсаторной батареи (КБ). - низкочастотный фильтр НЧФ предназначен для снижения влияния резонансных явлений на оборудование СТК . Сопротивление резистора – 20 Ом, охлаждение воздушное. - систему управления и защиты СТК, состоящую из шкафа управления СТК со шкафом светового управления тиристорами и релейной защиты , а также шкафом охлаждения тиристоров.  Рис.1.4. Компенсирующие реакторы с воздушным сердечником , сухие предназначены для наружной установки , каждый реактор состоит из двух катушек, установленных друг на друга через опорные изоляторы, при этом используется взаимная индуктивность. Индуктивность сдвоенного реактора - 2х85 мГн. Конструкция фильтрового реактора РФ - аналогичная. На тяговой подстанции Villenoy (Франция) в 2003 г включены три однофазных СТК на каждую фазу с тем , чтобы дополнительно снижать несимметрию тяговой нагрузки путем пофазного регулирования мощности СТК. Таким образом , с помощью системы управления СТК поддерживает необходимый коэффициент реактивной мощности тяговой подстанции, а для симметрирования системы включает емкостные или индуктивные сопротивления между соответствующими фазами. Кроме того, СТК снижает гармоники в системах электроснабжения и повышает уровень напряжения на шинах тяговой подстанции. Технико-экономические расчеты показывают , что для тяговых сетей отечественных железных дорог в настоящее время применение СТК связано с большими капитальными вложениями, что определяет большие сроки окупаемости инвестиций (более 10 – 15 лет). Поэтому применение СТК в тяговом электроснабжении требует упрощения и удешевления прежде всего тиристорно – реакторной группы регулирования. С другой стороны, следует иметь в виду особенности режима работы тягового электроснабжения в отличие от систем электроснабжения общего назначения и некоторых промышленных предприятий: - нормативные документы для тягового электроснабжения допускают большой разброс напряжений на токоприемнике ЭПС: 21(24) – 29 кВ - быстродействие СТК в регулировании напряжения не имеет решающего значения для работы ЭПС. Поэтому естественно желание применить более простые технические решения для регулирования мощности КУ в тяговых сетях . В связи с указанным в настоящее время в тяговом электроснабжении идут по пути применения ступенчатого (дискретного) регулирования КУ. 1.2.2. Регулируемые ступенчатые установки КУ. Известный вариант регулируемых КУ - ступенчатые, когда КУ состоит из нескольких секций и в зависимости от регулируемого параметра ( напряжение, ток, реактивная мощность и т.д. ) включается - отключается очередная секция (рис. 1.5, секции КУ1, КУ2, КУ3 ). В каждой секции включены конденсаторная батарея КБ, реактор РФ и главный выключатель В1 с демпфирующей цепочкой В2 – R. Задача демпфирующей цепи снизить до допустимых значений броски тока и напряжения при включении одиночной секции и при включении очередной секции параллельно включенным секциям. Из секций формируются ступени мощности КУ. Обычно значения мощностей секций КУ соответствуют геометрической прогрессии (например, 2,4,8). В частности, если КУ состоит из двух секций 2 и 4 Мвар, то формируются следующие три ступени мощности : 2, 4 и 2+4 = 6 Мвар. В качестве секций могут быть включены секции КУ или ФКУ.  Рис. 1.5. Регулируемая ступенчатая КУ В системе тягового электроснабжения 2х25кВ секции КУ могут включаться на контактный провод и к питающей линии. В схемах КУ применяются демпфирующие резисторы на основе электропроводного бетона РШ-2 КУ (изготовители ООО «БЕТЭЛ», г Королев, Моск. обл), основные параметры которого следующие. Частный случай – одноступенчатое регулирование, когда вся мощность КУ включается - отключается. В [5] показана достаточно высокая эффективность одноступенчатого КУ для тяговой нагрузки. Сложность выполнения ступенчатых КУ - необходимость защиты от переходных процессов при коммутации КУ, при которых наблюдаются броски токов и напряжений, в связи с чем снижается надежность работы КУ. Поэтому при создании ступенчатых регулируемых КУ - главное, это ограничение токов и напряжений при включении-отключении КУ. Разработаны различные схемы демпфирования (рис. 1.6). В простейшем варианте это схема двухэтапного пуска с резистором , который затем шунтируется [5]. В этом случае максимальные перенапряжения не превышают 1,4 Uном и в основном составляют 1,22 -1,3. Такие данные представлены в [5] и относятся к случаю неоптимизированного варианта демпфирующего резистора. Как будет показано далее (гл.3), при оптимальном выборе демпфирующего резистора максимальные перенапряжения при коммутации не превосходят 1.2Uном На рис.1.6,а представлен типовой проектный вариант (с 1968г) с шунтированием резистора выключателем на 27,5 кВ, а на рис.1.6,б вариант с вакуумным контактором В на 10кВ, предложенный специалистами дорожной электротехнической лаборатории Горьковской ж.д.. При использовании синхронизирующего контактора (выключателя) ВК (рис1.6,б), шунтирующего демпфирующий резистор в нуль тока, можно добиться не превышения перенапряжений 1,15Uном (см. табл. 3.2) Эффективны схемы демпфирующих устройств, позволяющие осуществить трехэтапный пуск КУ ( рис. 1.6,в,г,д) на основе изобретения [33]. В этом случае перенапряжения не превышают 1,1 - 1,2 Uном [5]. Такая схема реализована в типовых проектах «Трансэлектропроекта» ОТР32 5969 ЭСТ (рис 1.6,в), где на входе КУ установлены два вакуумных выключателя на 27,5 кВ ,отключающие токи КЗ, а также в типовом проекте ОТР32 4243-01 ЭСТ (рис.1.6, д), где наряду с одним вакуумным выключателем В на 27,5 кВ на вводе КУ устанавливают два трехфазных вакуумных контактора (выключателя) на 10 кВ для пуска КУ (ВК1 и ВК2) модернизированные заводом МЭЗ ЦЭ по проекту ПКБ ЦЭ на однофазное напряжение 27,5 кВ, размещенных в камере ПКУ-27,5 кВ. Желание применить в схеме контакторы объясняется большим ресурсом их работы и сравнительно низкими стоимостными характеристиками. Для схемы трехэтапного пуска по рис. 1.6,в, изготавливаются конструкции НИИЭФА-Энерго на два вакуумных выключателя напряжением 27,5 кВ. Схема по рис.1.6,г применяется в эксплуатации как временный вариант при отсутствии второго вакуумного выключателя.  Рис 1.6. Схемы демпфирования при коммутации КУ Схемы трехэтапного включения КУ с ПКУ-27,5кВ достаточно успешно работали в 1980 – 1990 годах. В настоящее время в связи с отсутствием контакторов на 27,5 кВ ( или «легких» выключателей на 27,5 кВ) трехэтапное включение КУ по схемам по рис . 1.6, д с ПКУ 27,5 кВ не применяется. Трехэтапное включение (пуск) КУ позволяет снизить перенапряжения при коммутации. Больший эффект в снижении перенапряжений достигается при подключении резистора к, так называемой, «точке нулевого потенциала» (на частоте 50 Гц), рис .1.7. Напряжение первой гармоники на конденсаторе С1 компенсируется напряжением на реакторе L (рис.1.7, в) В схемах по рис.1.7,б,в использовались контакторы В2 и В3 на напряжение 27,5 кВ. Однако можно применить и контакторы на 10 кВ, но в этом случае должна соблюдаться следующая последовательность переключений (рис.1.7,в): Включение: - включается В2 и затем В1, далее включается В3 и отключается В2. Отключение: - включается В2 и отключается В3, далее отключается В1. Рассматриваемые схемы по рис. 1.7,в с контакторами (выключателями) на 10 кВ могут применяться в настоящее время в КУ с ограниченным числом переключений. Следует учесть ещё одну особенность контакторов (выключателей) на 10 кВ: они разработаны для внутренней установки и применяются в ячейках и камерах.  Рис.1.7. Эффективные схемы трехэтапного подключения резистора В последние годы разработаны различные варианты эффективного шунтирования демпфирующего резистора (рис. 1.8). В схеме по рис. 1.8,б при трёхэтапном пуске КУ ( включаются последовательно выключатели Q1,Q3 и Q2) снижаются перенапряжения, так как на последнем этапе шунтируется меньшее сопротивление, чем в схеме по рис.1.8,а. При наличии второго резистора целесообразно применять схему на действующих подстанциях. В связи с простотой выполнения схема очень перспективна. Как показали исследования в главе 3, целесообразно использовать демпфирующие резисторы по 80 Ом. В схеме по рис.1.8,в шунтирование происходит в нуль тока с использованием аппарата с управляемой коммутацией.  Рис 1.8.Схемы шунтирования резистора К аппаратам с управляемой коммутацией предъявляют очень жесткие требования по стабильности времени включения и отключения ( разбросы не более 1 мс). Наиболее перспективным способом управляемой коммутации, который в полной мере удовлетворяет изложенным выше требованиям, является использование новых типов вакуумных коммутационных устройств – управляемых вакуумных разрядников (РВУ) по разработкам ВЭИ. Характеристики РВУ представлены в табл.1.1. Напряжение и ток поджига РВУ равны соответственно 5..8 кВ и 2…100 А и более с временем поджига 0,2 …5 мкс. Такие значения поджига можно выполнить с накопителем энергии. Таблица 1.1. Основные параметры РВУ - ВЭИ
Комбинация РВУ с вакуумными выключателями позволяет свести процесс включения коммутирующего устройства к быстрому включению РВУ в заданный момент с последующим замыканием контактов выключателя. Новый тип вакуумного выключателя с управляемым временем включения по разработкам ВЭИ (так называемого, синхронизированного выключателя) будет содержать в каждом полюсе параллельно соединенные вакуумные дугогасительные камеры (ВДК) и РВУ с блоком управления , причем погрешность времени включения менее 0,1мс [46]. В схемах по рис 1.8. г и д шунтирование в нуль тока выполняется с использованием силовых вентилей [15]. Что касается тиристорного включателя VT, то его схема известна [47], в частности, подобный тиристорный ключ успешно работает в защите станции стыкования железных дорог по разработкам НИИЭФА-Энерго как включатель на соединение контактной сети с рельсов при перекрытии изоляции систем электроснабжения 3 и 25 кВ. Синхронизированный выключатель, сформированный из совместно работающих диода VD и вакуумных выключателей Q2 и Q3 , является перспективным гибридным выключателем [15,23,39,46,47,48]. Исследования работы схемы по рис 1.8,д на тяговой подстанции описаны в [15], которые показали, что в настоящее время для КУ вполне реально выполнить гибридные выключатели на напряжение 10 кВ для указанной схемы. В многоступенчатых схемах значительное время последние ступени КУ не используются. Этот недостаток устраняется в переключаемой схеме КУ (рис.1.9). Здесь изменения схемы производятся при отключенной установки для предотвращения бросков тока и напряжения  Рис. 1.9. Переключаемая КУ с перегруппировкой конденсаторов Если КУ состоит из двух секций, то формируется ещё одна ступень наименьшей мощности: две секции включаются последовательно с помощью переключателя П. (рис.1.10 ). Достоинство схемы в том, что переключения выполняют без отключения КУ.  Рис. 1.10. Переключаемая двухсекционная КУ Эффективный вариант компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки – распределенная система КУ в тяговой сети, когда КУ включены на постах секционирования и на тяговых подстанциях (рис.1.11).  Рис. 1.11. Распределенная поперечная емкостная компенсация в тяговой сети Регулирование происходит путем отключения – включения этих КУ по заданному алгоритму. В этом случае возможен вариант одноступенчатого регулирования каждого КУ. Регулирование происходит путем отключения – включения этих КУ по заданному алгоритму. В этом случае возможен вариант одноступенчатого регулирования каждого КУ. В распределенной системе КУ применяется эффективный комбинированный способ регулирования напряжения и реактивной мощности с использованием регулируемых КУ и РПН (АРПН) трансформаторов тяговых подстанций. Если КУ состоит из двух секций мощностью 3 и 4 Мвар, то при последовательном их включении генерируемая мощность составит 1,3Мвар. Поэтому ступени мощности будут следующие: 1,3 ; 2 ; 4; 6 Мвар. При отключении тяговой подстанции, например, на ремонтные работы целесообразно КУ, подключенную на шины 27,5 кВ оставить включенной на контактную сеть. Например, при отключении ТП2 (см.рис.1.11) отключают секционный разъединитель Р и вводной выключатель ВВ. Тем самым КУ3 через шины 27,5 кВ подключается на консольный участок контактной сети и формируется эффективная схема компенсации реактивной мощности и повышения уровня напряжения Так как в тяговой сети напряжение на токоприемнике изменяется в широких пределах (21…..29 кВ), то целесообразна форсировка режима КУ, когда при понижении напряжения шунтируются часть последовательных рядов конденсаторов. Например. при снижении напряжения до 21 кВ, ток КУ снижается в 27,5/21 = 1,3 раза , а генерируемая мощность в (27,5/21)2 =1,7 раза. Поэтому , при шунтировании 30% рядов конденсаторов КУ в указанном примере восстанавливается номинальный ток КУ, что ведет к повышению напряжения в тяговой сети. В схеме КУ (рис.1.12 ) переход на форсированный режим следующий (исходное состояние выключатель 2 включен , а выключатели 3 и 4 – отключены.): включается выключатель 3, отключается выключатель 2 и затем включается выключатель 4 и отключается выключатель 3. В этом случае в связи с введением демпфирующего резистора 5 процесс переключения происходит мягко , броски тока и напряжения не превышают допустимых значений. Выход из форсированного режима происходит в обратной последовательности.  Рис.1.12. КУ с форсированным режимом Если форсировку применять только при включенных обеих ступенях, то возможен вариант объединения выключателей 4 первой и второй ступеней в трехфазный (двухфазный ) выключатель с действием одновременно на две ступени ( см.рис.1.12). Если демпфирующий резистор подключен к рельсу, то схему выполняют по рис 3.32. В схеме с вольтодобавочным трансформатором ВДТ ( рис. 1.13 ) мощность КУ изменяется пропорционально квадрату напряжения , приложенного к конденсатору. В простейшем варианте, когда ВДТ не регулируемый, переключая полярность вторичной обмотки трансформатора , получают две ступени регулирования мощности ,  Рис.1.13. Регулируемая КУ с ВДТ Соотношение мощности 1-й и 2-й ступеней Q1/Q2 = [ (1-к)/(1+к)]2 где к =U2 /U1 – отношение напряжения вторичной и первичной обмоток вольтодобавочного трансформатора. При этом мощность трансформатора S = кQ2 /(1+к) и составляет 10…15 % установленной мощности КУ . Если ВДТ регулируемый, то расширяется диапазон регулирования мощности КУ. Наименьшая мощность КУ при включении оборудования на 27,5 кВ обычно 2,5…3 Мвар. Для уменьшения минимальной мощности секции КУ известны предложения [14] по включению оборудования КУ на пониженное напряжение 6…10 кВ с использованием понижающих трансформаторов ( автотрансформаторов). В этом случае облегчается работа коммутационной аппаратуры при коммутации емкостных токов КУ. В частности , на схеме многоступенчатой КУ по рис.1.13 , где вторичное напряжение ВДТ на 10 кВ, можно использовать вакуумные контакторы на 10 кВ и обычные токоограничивающие реакторы напряжением 10 кВ. Указанную схему КУ можно включать и на районной обмотке 6…10кВ (с соответствующим расчетом параметров несимметричной трехфазной установки). В этом случае не будут компенсироваться потери напряжения в тяговой обмотке трансформатора от тяговой нагрузки. Варианты ступенчатых регулируемых КУ с демпфирующими устройствами рассмотрены в [32 – 44]. |
Похожие:
 | Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине ... |  | Задание на контрольную работу по дисциплине С помощью редактора Word составить и напечатать реферат по Вашей теме контрольной работы. Реферат должен быть сдан преподавателю... |
| Методические рекомендации по выполнению контрольной работы по дисциплине... Адрес преподавателя – контрольную работу высылать на электронную почту Ковригиной В. А. 14 | | Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Имиджелогия» Программа курса, задания и методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Имиджелогия» для студентов заочной... |
| Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине... Контрольная работа по дисциплине «Психология ведения переговоров» состоит из 3-х частей: реферата, итогового теста и контрольных... | | Методические указания по выполнению контрольной работы Цели и задачи... Связи с общественностью: методические указания по выполнению контрольной работы, обучающихся на 6 курсе специальности «Маркетинг»-... |
| Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине... Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Анализ музыкальных произведений» утверждены на заседании кафедры... | | Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Финансы» Задания к контрольной работе даны в 10-ти вариантах. Номер варианта контрольной работы соответствует последней цифре номера зачетной... |
| Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Управление затратами» Методические указания к изучению дисциплины «Управление затратами» и выполнению контрольной работы для студентов экономических специальностей... | | Методические указания по выполнению контрольной работы для самостоятельной... Методические указания по выполнению контрольной работы одобрены на заседании Научно-методического совета взфэи |
| Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов... Студенты, обучающиеся по специальности 080507 «Менеджмент организации», выполняют контрольную работу по проблемным вопросам курса... | | Методические указания для выполнения контрольной работы по дисциплине... Для достижения учебных целей дисциплины «Корпоративная социальная ответственность» студентам необходимо, наряду с другими видами... |
| Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине... Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Основы научных музыкально-педагогических исследований» утверждены... | | Методические указания по выполнению контрольной работы для студентов... Современные методы исследований : методические указания по выполнению контрольной работы / сост. В. И. Гузенко, Д. В. Сергиенко;... |
| Методические указания по выполнению контрольных работ общие положения... Методические указания и задания контрольной работы по дисциплине для студентов специальностей 080301 – Коммерция (торговое дело);... | | Материалы для подготовки контрольной работы по дисциплине «История... Студенты, не представившие в установленный срок контрольную работу или не получившие по ней зачета, к экзамену по данной дисциплине... |
