Устройство фильтрации и компенсации системы тягового электроснабжения переменного тока



Устройство фильтрации и компенсации системы тягового электроснабжения переменного тока

 


Владельцы патента RU 2547443:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) (RU)

Изобретение относится к электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности к системе автоматизации устройств фильтрации высших гармоник тока и напряжения и компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки (ФКУ). В ФКУ содержатся фильтры на 150 и 250 Гц, а также полосовой фильтр с резистором для фильтрации гармоник 350 Гц и выше. Технический результат - снижение потерь мощности в ФКУ. Для снижения потерь мощности в ФКУ предлагается ввести контактор для отключения резистора полосового фильтра при малых значениях напряжения высших гармоник. 1 ил.

 

Изобретение относится к электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности к системе автоматизации устройств фильтрации высших гармоник тока и напряжения и компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки (ФКУ).

Известны устройства ФКУ [1, 2], в которых два резонансных фильтра на 150 и 250 Гц и широкополосный фильтр с резистором на R=100 Ом. В результате фильтруются гармоники 150, 250 Гц, а также 350 Гц и выше.

В качестве прототипа принимаем схему ФКУ из [1]: Устройство фильтрации и компенсации системы тягового электроснабжения переменного тока, содержащее последовательно соединенные между шиной 27,5 кВ устройства и рельсом главный выключатель, первый реактор, первое звено конденсаторов, второе звено конденсаторов с параллельно включенным вторым реактором, третье звено конденсаторов с третьим реактором, демпфирующий резистор и трансформатор тока, причем демпфирующий резистор первым выводом подключен между точкой соединения второго и третьего звеньев конденсаторов, а второй вывод первичной обмотки трансформатора тока подключен к рельсу,

Принципы работы и пояснения к схеме ФКУ в тяговой сети даны в [3].

Недостаток схемы по прототипу - повышенные потери мощности в связи с постоянным включением резистора R. На это указано в [4], где на основании экспериментальных исследований принято решение об изъятии резистора из схемы и ограничении фильтрацией только 3 и 5 гармоник. Однако при большой тяговой нагрузке и, следовательно, при большом уровне высших гармоник при реализации решения в [4] может оказаться недопустимым уровень несинусоидальности по ГОСТ [5].

Цель изобретения - снижение потерь мощности в ФКУ.

Для снижения потерь мощности в ФКУ при соблюдении нормативов [5] по несинусоидальности напряжения предлагается ввести контактор с приводом с замыкающим и размыкающим блок-контактами, подсоединенный между вторым выводом демпфирующего резистора и первым выводом первичной обмотки трансформатора тока, трансформатор напряжения с реле напряжения, подключенным ко вторичной обмотке, а его первичная обмотка подсоединена к третьему звену конденсаторов с третьим реактором, и реле тока, подключенное ко вторичной обмотке трансформатора тока, причем выходной замыкающий контакт реле напряжения подключен к приводу контактора на его включение через его размыкающий блок-контакт, а выходной размыкающий контакт реле тока подключен к приводу контактора на его отключение через замыкающий блок-контакт.

Тем самым при малых значениях высших гармоник токов через резистор он отключается, что резко снижает потери мощности в ФКУ, а при больших значениях высших гармонических - резистор включается с целью фильтрации.

На рис.1 показана схема изобретения, на которой приняты следующие обозначения:

1 - Главный выключатель ФКУ;

2 - Первый реактор;

3 - Первое звено конденсаторов;

4 - Второе звено конденсаторов;

5 - Второй реактор;

6 - Третье звено конденсаторов;

7 - Третий реактор;

8 - Трансформатор напряжения;

9 - Резистор;

10 - Контактор;

11 - Трансформатор тока;

12 - Реле напряжения высших гармоник с выходным замыкающим контактом 15;

13 - Реле тока высших гармоник с выходным размыкающим контактом 16;

14 - Шина 27,5 кВ ФКУ;

17 - Размыкающий блок-контакт привода контактора;

18 - Замыкающий блок-контакт привода контактора;

19 - Привод контактора 10;

20 - Рельс.

Схема работает следующим образом:

Исходное положение: Главный выключатель 1 включен, Контактор 10 отключен. Нагрузка в тяговой сети небольшая. Сопротивление фильтра LC с конденсаторов третьего звена C (6) и третьего реактора L (7) мало на частоте 50 Гц, так как этот фильтр LC настроен на частоту 50 Гц.

При возрастании тяговой нагрузки и росте гармоник напряжения на шинах 27,5 кВ растет напряжение на реле напряжения 12 и при уставке срабатывания Uср замкнется контакт 15 и при замкнутом блокконтакте 17 буден дана команда ВКЛ на привод 19, в результате включится контактор 10. Таким образом, при больших значениях высших гармонических ФКУ будет работать в штатном режиме и? как запроектировано, снижать до допустимых пределов высшие гармоники напряжения.

Отметим, что трансформатор напряжения 8 измеряет напряжение высших гармоник, так как цепочка LC (6 и 7) настроена в резонанс на первую гармонику. Поэтому реле напряжения 12 контролирует напряжение высших гармоник.

При снижении тяговой нагрузки и, следовательно, снижении уровня высших гармоник напряжения снижается ток высших гармоник через резистор R и при уставке меньшей Iср реле 13, подключенное к трансформатору тока 11, замкнет свой размыкающий контакт 16 и через замкнутый блок-контакт 18 даст команду ОТК на привод и отключение контактора 10. В результате отключается резистор 9, что ведет к резкому снижению потерь мощности в ФКУ.

Отметим, что по резистору R протекает только ток высших гармоник, так как цепочка LC (6 и 7), как было указано, настроена в резонанс на первую гармонику. Поэтому реле тока 13 контролирует ток высших гармоник.

Расчет Uср и Iср.

1) Напряжение срабатывания Uср.

Напряжение на третьем звене ФКУ равно

U ( 3 з в ) = K 1 × U гарм ( ш ) , ( 1 )

где K1 - коэффициент пропорциональности по напряжению;

Uгарм(ш) - напряжение высших гармоник на шинах 110(220) кВ тяговой подстанции.

Целесообразно K определить экспериментально, что можно выполнить, например, подсоединив прибор ГОСАН для измерения напряжения на шинах 110(220) соответствующей фазы и напряжения на третьем звене ФКУ. При работе ФКУ при разных значениях Uгарм(ш) измерить U(3-зв) и определить K.

Предлагается вести расчет по следующему выражению

U c p = 0,7 K 1 × U г .норм ( ш ) , ( 2 )

где Uг.норм(ш) - нормированное значение напряжения гармоник [5],

2) Ток срабатывания Iср.

Ток резистора равен

I R = K 2 × U гарм ( ш ) , ( 3 )

где K2 - коэффициент пропорциональности по току высших гармоник.

По аналогии с предыдущими расчетами целесообразно экспериментально определить K2.

Предлагается вести расчет по следующему выражению

I c p = 0,5 K 1 × U г .норм ( ш ) , ( 4 )

Расчеты показывают, что при таком регулировании момента включения-отключения резистора R снижается более половины потерь мощности в ФКУ по сравнению с вариантом неотключаемого резистора существующей схемы ФКУ.

Источники информации

1. НИИЭФА-ЭНЕРГО. Устройство фильтрации и компенсации реактивной мощности для контактной сети переменного тока на напряжение 27,5 кВ? Рекламное бюро «ДиО», Санкт-Петербург, 2008 г.

2. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог: монография. М.: МИИТ, 2012. - 211 с.

3. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с.

4. Черемисин В.Т., Кващук В.А., Бренков С.Н. Двухрезонансные фильтро-компенсирующие устройства электрифицированных железных дорог // Наука и транспорт. ПГУПС, - с.48-51.

5. ГОСТ Р 54149-2010 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах общего назначения

Устройство фильтрации и компенсации системы тягового электроснабжения переменного тока, содержащее последовательно соединенные между шиной 27,5 кВ устройства и рельсом главный выключатель, первый реактор, первое звено конденсаторов, второе звено конденсаторов с параллельно включенным вторым реактором, третье звено конденсаторов с третьим реактором, демпфирующий резистор и трансформатор тока, причем демпфирующий резистор первым выводом подключен между точкой соединения второго и третьего звеньев конденсаторов, а второй вывод первичной обмотки трансформатора тока подключен к рельсу, отличающееся тем, что введены контактор с приводом с замыкающим и размыкающим блок-контактами, подсоединенный между вторым выводом демпфирующего резистора и первым выводом первичной обмотки трансформатора тока, трансформатор напряжения с реле напряжения, подключенным ко вторичной обмотке, а его первичная обмотка подсоединена к третьему звену конденсаторов с третьим реактором, и реле тока, подключенное ко вторичной обмотке трансформатора тока, причем выходной замыкающий контакт реле напряжения подключен к приводу контактора на его включение через его размыкающий блок-контакт, а выходной размыкающий контакт реле тока подключен к приводу контактора на его отключение через замыкающий блок-контакт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью неизолированной несимметричной линии электропередачи трехпроводного исполнения.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - снижение коэффициента несинусоидальности напряжения сети и уменьшение влияния высших гармоник тока при наличии переменной нелинейной нагрузки.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - уменьшение потерь энергии, обусловленных постоянным подключением к сети резонансных фильтров-подавителей, гармоники которых в данный момент отсутствуют.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности прогнозирования распределения гармонических составляющих тока и напряжения по неразветвленным участкам шестипроводных линий электропередачи.

Изобретение относится к области электротехники, к устройствам подавления и компенсации высших гармоник в электрических сетях и может быть использовано в мощных регулируемых электроприводах переменного тока с двухзвенными преобразователями частоты, в которых входной диодный выпрямитель является нелинейной нагрузкой.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокочастотных энергосистемах. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей, уменьшение затрат и расширение области применения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к повышению качества тока в электропитающих сетях. .

Изобретение относится к электроэнергетике и к электротехнике и может быть использовано для повышения качества электрической энергии в энергетических или автономных системах электроснабжения при наличии как симметричной, так и несимметричной нагрузок.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения эффективности передачи электрической энергии путем снижения высших гармоник тока в трехфазных четырехпроводных электрических сетях.

Изобретение относится к системам распределения мощности на морских судах. Система распределения мощности содержит первую шину распределения, вторую шину распределения и мультиимпульсный выпрямитель, имеющий выводы, подключенные к первой шине распределения. Также система содержит генератор с множеством выходов, причем n фаз первого ас выхода имеют фазовый сдвиг относительно m фаз второго ас выхода. Первая часть n фаз первого ас выхода имеет фазовый сдвиг на заданный положительный угол относительно m фаз второго ас выхода, а вторая часть n фаз первого ас выхода имеет фазовый сдвиг на заданный отрицательный угол относительно m фаз второго ас выхода. Минимизируются гармонические искажения. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для синтеза частотных фильтров, обеспечивающих минимизацию искажений тока и напряжения в системах генерации, преобразования и распределения электрической энергии. Предлагаемый способ может применяться в синтезаторах фильтров, а также в регуляторах многочастотных адаптивных устройств фильтрации спектра, структура и параметры которых определяются в реальном масштабе времени на основании измерений. Техническим результатом изобретения является расширение спектров частот фильтрации синтезируемых частотных фильтров, повышение точности и вычислительной эффективности синтеза частотных фильтров, а также возможность использования способа при синтезе частотных фильтров с целью реализации адаптивных устройств фильтрации спектра. Технический результат достигается тем, что при соблюдении определенных условий задают путем измерений основную частоту, а также напряжение и реактивную мощность фильтра на основной частоте, задают путем измерений любое требуемое количество n частот пропускания фильтра (1≤n<∞), определяют (n-1) частот задерживания фильтра, определяют необходимую структуру фильтра, которая состоит из n колебательных контуров, первый из которых последовательный, а остальные (n-1) параллельные, затем вычисляют значение емкости последовательного колебательного контура, формируют матрицу синтезируемого фильтра, определяют индуктивности фильтра путем решения матрицы синтезируемого фильтра методом Гаусса-Жордана или другими численными методами, далее вычисляют емкости параллельных колебательных контуров фильтра, после чего производят вывод данных о структуре и параметрах элементов, а также о заданных и измеренных величинах, с целью физической реализации и мониторинга синтезируемых фильтров. При этом способ позволяет с высокой точностью и вычислительной эффективностью в реальном масштабе времени синтезировать частотные фильтры, которые обеспечат фильтрацию любых n частот спектров тока и напряжения в системах генерации, преобразования и распределения электрической энергии. 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Трехфазный трансформаторный фильтр содержит два трехфазных трансформатора, первичные обмотки первого из которых включены в треугольник, а второго в звезду. Основные вторичные обмотки каждой фазы соединены согласно последовательно между собой, причем первые крайние выводы каждой фазы соединены между собой в нулевую точку, а вторые крайние выводы являются выводами для подключения однофазных и трехфазных нагрузок. Коэффициенты трансформации трансформаторов выбирают таким образом, чтобы напряжения на вторичных обмотках обеих трансформаторов были одинаковыми. Технический результат - подавление высших гармоник при нелинейном характере нагрузки. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение коэффициентов искажения синусоидальности формы кривых тока и напряжения сети. В устройстве компенсации высших гармоник и коррекции несимметрии сети, содержащем инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, контроллер снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора. Контроллер системы управления снабжен блоком выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности и блоком фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, при этом вход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с выходом датчика тока сети, а выход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с входом блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, который также соединен с выходом блока фазовой синхронизации, при этом выход блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока соединен с входом формирователя импульсов. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Техническим результатом является улучшение качества тока за счет повышения быстродействия процессов компенсации реактивной мощности в условиях переменных нагрузок и отказов отдельных элементов, уменьшения перегрузок реактивных элементов и элементов коммутации и повышение надежности функционирования. Согласно изобретению число реактивных элементов М в каждой из N батарей реактивных элементов увеличивают до значения M+K, где К - число резервных реактивных элементов, которое выбирается из условия обеспечения непрерывности технологического процесса потребителей энергии. Подключение каждого из реактивных элементов в каждой из N батарей реактивных элементов производят индивидуально в моменты равенства напряжения на соответствующих реактивных элементах при произвольном его значении и напряжения сети с учетом результатов постоянной выполняемой диагностики исправности каждого из реактивных элементов. При этом подключение каждой из N батарей реактивных элементов к сети осуществляют после момента завершения коммутации реактивных элементов в соответствующей из N батарей реактивных элементов. После этого формируется управляющая команда для уточнения настроек адаптивного компенсатора гармоник. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для уменьшения и сглаживания импульсного изменения тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока, для предотвращения долговременной подачи избыточного напряжения в цепь нагрузки и для общего энергосбережения активной и реактивной энергии. Сущность изобретения: сетевой фильтр содержит включенные в разрывы каждого из линейных проводов катушку индуктивности с сердечником и токовую фильтрующую индуктивность с сердечником, снабженную не менее чем одной дополнительной обмоткой, включенные между линейными проводами конденсатор и не менее чем две фильтрокорректирующие цепи, вход каждой из которых подключен к выходу одной из дополнительных обмоток; включенные последовательно в линейный провод основную катушку фильтрации и создания противотока и не менее одной, например две, противотоковые индуктивности с сердечниками и управляющими обмотками, измерительное устройство, имеющее измерительную цепь, не менее одного, например два, электронных ключа, включенных между одним из линейных проводов и первыми выводами управляющих обмоток, вторые выводы которых подключены на один из линейных проводов, не менее одного, например два, электронных коммутатора, включенных параллельно противотоковым индуктивностям, при этом выходы измерительного устройства соединены с электронными ключами и коммутаторами, измерительная цепь подключена к выходу фильтра, а основная катушка создания противотока установлена не менее чем на один из сердечников катушки индуктивности. Устройство обеспечивает технический результат - позволяет существенно экономить потребляемую нагрузкой электроэнергию. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх