Симметрирование токов и напряжений на действующих тяговых подстанциях переменного тока

Двухфазный симметрирующий трансформатор с первичной стороны подключается к трем фазам тягового трансформатора и имеет два вывода вторичной обмотки. По специфике работы тяговой подстанции один из выводов первичной обмотки ДСТ и один вывод его вторичной обмотки всегда подключаются к заземленной шине подстанции, и поэтому для защиты ДСТ от токов коротких замыканий необходимы только три полюса выключателя, т. е. возможно использование одного трехфазного выключателя (рис. 4). Это тем более оправданно, что величина тока короткого замыкания на выводах ДСТ значительно меньше, чем на выводах тягового трансформатора, из-за наличия в контуре короткого замыкания сопротивления самого симметрирующего трансформатора

Рис. 4. Схема установки двухфазного симметрирующего трансформатора на подстанции

При установке ДСТ переделки на подстанции незначительны (см. рис. 4). Следует подвесить на существующих порталах дополнительную шину d с трансформаторами напряжения и разрядниками, установить ДСТ с трехфазным выключателем и разъединителями, подключить фидеры одного плеча к шине d.

Установкой двух ДСТ на подстанции достигается полное взаимное резервирование при отключении как тягового трансформатора, так и симметрирующего. Возможна также установка только одного ДСТ на подстанции, который будет включен при работе любого тягового трансформатора. В этом случае при ремонте ДСТ питание межподстанционной зоны будет осуществляться непосредственно от второй фазы тяговых трехфазных трансформаторов смежных подстанций.

Такая схема не снижает надежности питания тяговой сети, а только приводит к повышенной несимметрии токов и напряжений на короткое время ремонта симметрирующего трансформатора.

Наибольший эффект симметрирования будет при установке ДСТ на всех тяговых подстанциях участка, но такое решение требует больших капитальных затрат. Поэтому симметрирование следует начинать с зон, имеющих наибольшие значения несимметрии напряжений на шинах первичного напряжения. Следует учитывать, что плечо подстанции, подключенное к ДСТ, не может работать параллельно по контактной сети с подстанцией без ДСТ по причине наличия угла между напряжениями. Так как на наших дорогах принята параллельная работа подстанций, то для ее осуществления ДСТ следует устанавливать как минимум на двух подстанциях.

Действующие тяговые подстанции для снижения несимметрии подключены к системе внешнего электроснабжения с циклическим присоединением наиболее загруженных фаз подстанций к разным фазам линий электропередачи по схеме «обратный винт».

На рис. 5, а показан типичный фрагмент фазировки подстанций по схеме «обратный винт» (с обычными трехфазными трансформаторами). Он характерен наличием пар смежных подстанций, на которых и осуществляется поворот «винта» в одну или другую сторону. Сдвоенные подстанции имеют одинаково направленные векторы токов обратной последовательности и вносят наибольшую долю в образование сверхнормативных значений несимметрии напряжений. Поэтому на сдвоенных подстанциях следует устанавливать ДСТ в первую очередь.

На рис. 5, б показан один из возможных вариантов первого этапа перевода подстанций в симметрированный режим. Установка ДСТ на «сдвоенных» подстанциях I-I, III-III позволяет симметрировать эти подстанции с сохранением параллельной работы подстанций по контактной сети и без изменения фазировки их подключения в ЛЭП. Установка ДСТ на каждой паре подстанций (см. рис. 5, б) может выполняться независимо от перевода других подстанций в симметрированный режим. В первую очередь ДСТ следует устанавливать на паре подстанций, наиболее удаленных от источников питания или районных подстанций, так как именно эти тяговые подстанции в основном определяют величину напряжения обратной последовательности.

Рис. 5. Этапы подключения симметрирующих приставок:
а — исходная схема фазировки подстанций с обычными трансформаторами; б — частичный перевод подстанций в симметрированный режим; в — полный перевод всех подстанций в симметрированный режим

В случае необходимости симметрирования всех тяговых подстанций с установкой на них ДСТ для осуществления параллельной работы подстанций придется изменить фазировку подключения к ЛЭП части из них. На рис. 5, в показано изменение подстанций типа III на V. В этом случае направление вращения векторов напряжений шин тяговых и районных нагрузок остается без изменений, не надо изменять схему присоединения симметрирующего трансформатора.

Выводы. Симметрирование тяговой нагрузки дает значительный экономический эффект. При повышении по вине потребителя коэффициента несимметрии напряжений сверх допустимых значений, установленных ГОСТ 13109 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», применяются надбавки к тарифу на электроэнергию, доходящие до 10 %. Расчеты показывают, что надбавка к оплате за электроэнергию при нарушении качества электроэнергии достигает 5 млн. руб. в год на одну тяговую подстанцию (в среднем 1,8 млн. руб./год [2]).

Использование симметрирующих трансформаторов на тяговых подстанциях позволит избежать штрафов за плохое качество электроэнергии и снизить эксплуатационные расходы железных дорог.

Затраты на приобретение и установку симметрирующего двухфазного трансформатора окупятся за один-два года.

Список литературы

1. Трансформаторы тяговых подстанций с повышенным симметрирующим эффектом / Р. Р. Мамошин, Б. М. Бородулин, А. Я. Зельвянский, А. Ф. Титов // Вестник ВНИИЖТ. 1989. № 1. С. 22...24.

2. Василянский А. М., Мамошин Р. Р., Якимов Г. Б. Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц // Железные дороги мира. 2002. № 8. С. 40...51.

3. А. с. 1583313. Устройство для электроснабжения / Б. М. Бородулин, С. Д. Соколов, Ю. А. Чернов, Ю. И. Борю, В. Л. Щепкин // БИ. 1990. № 29. С. 71.

Дата добавления: 2014-12-08