Способ регулирования напряжения на тяговой подстанции переменного тока
Владельцы патента RU 2592862:
Герман Леонид Абрамович (RU)
Гончаренко Владимир Павлович (RU)
Серебряков Александр Сергеевич (RU)
Петров Денис Вячеславович (RU)
Способ относится к системе электроснабжения переменного тока электрических железных дорог, а именно к регулированию напряжения с помощью трансформатора с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (УРПН) и с установкой продольной емкостной компенсации (УПК) с нерегулируемой и регулируемой секциями, включенной в отсасывающую линию. Технический результат - повышение эффективности совместной работы УПК и УРПН с учетом симметрирующего свойства УПК. Для достижения технического результата измеряют входное индуктивное сопротивление подстанции до шин 110 (220) кВ и при токе отсасывающей линии менее номинального тока нерегулируемой секции УПК определяют целесообразность включения (отключения) регулируемой секции УПК для приближения сопротивления УПК к сопротивлению подстанции. 1 ил.
Способ относится к системе электроснабжения переменного тока электрических железных дорог, а именно к регулированию напряжения с помощью трансформатора с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (УРПН) и установки продольной емкостной компенсации (УПК).
На тяговых подстанциях для регулирования напряжения применяют трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (УРПН) и установки продольной емкостной компенсации (УПК) [1]. Известны установки продольной емкостной компенсации (УПК) с регулируемой секцией, включенной в отсасывающую линию тяговой подстанции переменного тока, эффективно работающие совместно с УРПН [1 и 2]. Принимаем за прототип способ регулирования напряжения с УРПН трансформаторов и установкой продольной емкостной компенсации УПК с регулируемой секцией по статье [3] и его реализацию по рис. 3 из [3] (или рис. 14.1 из [2]): Способ регулирования напряжения на тяговой подстанции переменного тока с двумя трансформаторами с сопротивлением фазы Xm, оборудованными устройством регулирования напряжения под нагрузкой (УРПН), и двухсекционной установкой продольной емкостной компенсации (УПК) в отсасывающей линии шин 27,5 кВ с сопротивлением нерегулируемой секции Xc1 и номинальным током Ic1, а при подключении регулируемой секции сопротивление УПК XcΣ, а номинальный ток УПК - IcΣ, путем изменения коэффициента трансформации трансформаторов и включения-отключения регулируемой секции УПК.
Недостаток прототипа. В [2] указано, что регулируемая секция УПК включается только при включении второго трансформатора и повышении нагрузки. Однако в [2] не учитывается симметрирующее свойство УПК, включенной в отсасывающую линию тяговой подстанции, что должно существенно повышать эффективность регулирования напряжения с помощью УРПН трансформатора.
Цель изобретения: повысить эффективность совместной работы УПК и УРПН с учетом симметрирующего свойства УПК.
Для реализации цели измеряют входное индуктивное сопротивление подстанции до шин 110(220) кВ Хвх и при токе отсасывающей линии менее Ic1 сравнивают модули значений при одном включенном трансформаторе А1 и А2, где
и при двух включенных трансформаторах В1 и В2, где
и если А1>А2 или B1>В2, то включают регулируемую секцию УПК, а если А1<А2 или B1<В2, то отключают регулируемую секцию УПК, и только после переключений регулируемой секции переключают УРПН для соблюдения условия
где Uмин и Uмакс - предельные допустимые напряжения шин 27,5 кВ, a U - текущее значение напряжения,
причем если ток отсасывающей линии превышает Ic1, то сравнение модулей сопротивлений не производят и включают регулируемую секцию
Основная идея, на которой построено изобретение, заключается в следующем. На тяговой подстанции напряжение обычно несимметричное. Так как регулирование с помощью УРПН осуществляется одновременно по трем фазам, то при повышении напряжения на фазе с наименьшим напряжением, может произойти повышение напряжения сверх допустимых значений на другой фазе. Поэтому эффективное регулирование напряжения с помощью УРПН возможно при симметричном напряжении, которое достигается при сопротивлении УПК, включенной в отсасывающую линию, равного сопротивлению фазы подстанции (которое равно сопротивлению фазы трансформатора (трансформаторов) плюс входное сопротивление) [1]. Предполагается, что все сопротивления приведены к одному напряжению, например к 27,5 кВ. Поэтому чем ближе приближается сопротивление УПК к сопротивлению фазы подстанции, тем ближе приближается режим тяговой подстанции к симметричному напряжению. В связи с указанным, прежде чем регулировать напряжение с помощью УРПН, включают-отключают регулируемую секцию УПК так, чтобы приблизить сопротивление фазы подстанции к сопротивлению УПК.
Для пояснения способа регулирования представим схему тяговой подстанции с трансформаторами, оборудованными устройствами регулирования напряжения под нагрузкой УРПН, и двухсекционной УПК.
В схеме приняты следующие обозначения:
1 - шины 110(220)кВ;
2, 3 - трансформаторы с УРПН;
4 - шины 27,5 кВ;
5 - нейтральная вставка;
6 - контактная сеть плеч питания;
7 - установка продольной емкостной компенсации (УПК) в отсасывающей линии;
8 - нерегулируемая секция УПК;
9 - регулируемая секция УПК с коммутационным аппаратом 10;
11 - расчетный блок;
12 - информация о входном сопротивлении Хвх;
13 - информация о сопротивлении трансформатора и УПК;
14, 15 - трансформаторы плеч питания;
16 - управление регулируемой секцией УПК;
17 - управление УРПН;
18 - рельсы.
Пуск - запуск схемы при несоблюдении условия (3).
Входное индуктивное сопротивление подстанции определяют путем одновременного измерения изменения напряжения фазы ΔU на шинах 27,5 кВ и изменения тока ΔI на этой же фазе [4]:
При выходе напряжения за допустимые пределы (3) запускается расчетный блок 11 и по исходной информации 12 и 13 рассчитываются модули:
При включенном одном трансформаторе:
если Al>А2, то по команде 16 включается регулируемая секция 9 коммутационным аппаратом 10, а если А1<А2, то секция 9 отключается.
При включенных двух трансформаторах:
если В1>В2, то по команде 16 включается регулируемая секция 9 коммутационным аппаратом 10, а если В1<В2, то секция 9 отключается.
После проведения указанных мероприятий с регулируемой секцией 9 УПК 7 дается команда 17 на переключение УРПН трансформаторов 2 и 3.
Как пример, покажем работу УПК и УРПН при следующих исходных данных: Хс1=2,5 Ом, XcΣ=1,5 Ом, Xm=2 Oм. Обычно на этой подстанции при нормальной работе СВЭ Хвх=0,5 Ом и при одном включенном трансформаторе включена нерегулируемая секция УПК с Хс1=2,5 Ом, а при двух включенных трансформаторах дополнительно включена регулируемая секция УПК и XcΣ=1,5 Ом.
В связи с ремонтными работами в системе внешнего электроснабжения при измерениях получено Хвх=1,2 Ом. Тогда при двух включенных трансформаторах получено
Так как B1<В2, то при двух включенных трансформаторах и при токе отсасывающей линии менее Ic1 не следует включать регулируемую секцию. Действительно, сопротивление подстанции (1,2+2/2)=2,2 Ом, сопротивление нерегулируемой секции УПК 2,5 Ом, а при включенной регулируемой секции 1,5 Ом. Как видно, при включении нерегулируемой секции УПК ее сопротивление (2,5 Ом) будет меньше отличаться от сопротивления подстанции (2,2 Ом), чем при включенной регулируемой секции (сравнить 2,2 Ом с 1,5 Ом).
Литература
1. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с.
2. Герман Л.А., Герман В.Л. Автоматизация электроснабжения тяговой сети переменного тока. Монография. М.: МГУПС, 2014, 174 с.
3. Герман Л.А., Гончаренко В.П. Современная схема продольной емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения. Вестник РГУПС №2(50)-2013, Ростов-на-Дону, с. 12-17.
4. АС 1359853. Способ снижения уравнительных токов в тяговой сети. Опубл. 15.12.87. Бюл. №46.
Способ регулирования напряжения на тяговой подстанции переменного тока с двумя трансформаторами с сопротивлением фазы Xm, оборудованными устройством регулирования напряжения под нагрузкой (УРПН), и двухсекционной установкой продольной емкостной компенсации (УПК) в отсасывающей линии шин 27,5 кВ с сопротивлением нерегулируемой секции Xc1 и номинальным током Ic1, а при подключении регулируемой секции сопротивление УПК Xc∑, а номинальный ток Ic∑, путем изменения коэффициента трансформации трансформаторов и включения-отключения регулируемой секции УПК, отличающийся тем, что измеряют входное индуктивное сопротивление подстанции до шин 110(220) кВ Хвх и при токе отсасывающей линии менее Ic1 сравнивают модули значений сопротивлений при одном включенном трансформаторе А1 и А2, где
А1=|(Хвх+Xm)-Xc1| и А2=|(Хвх+Xm)-Xc∑|,
и при двух включенных трансформаторах В1 и В2, где
В1=|(Хвх+Xm/2))-Хс1| и В2=|(Хвх+Xm/2)-Xc∑|,
и если А1>А2 или B1>В2, то включают регулируемую секцию УПК, а если A1<А2 или B1<В2, то отключают регулируемую секцию УПК, и только после переключений регулируемой секции переключают УРПН для соблюдения условия
Uмин<U<Uмакс,
где Uмин и Uмакс - предельные допустимые напряжения шин 27,5 кВ, a U - текущее значение напряжения, причем если ток отсасывающей линии превышает Ic1, то сравнение модулей сопротивлений не производят и включают регулируемую секцию УПК.
