Ответы

18.Параллельная работа тяговых подстанций переменного тока В общем случае напряжения на шинах смежных подстанций не бы­вают одинаковыми и, следовательно, в тяговой сети, как правило, дол­жны возникать уравнительные токи. На линиях переменного тока уравнительные токи определяются разно­стью напряжений на подстанциях по модулю и фазе и полным сопротив­лением тяговой сети и имеют место при отсутствии нагрузки на межподстанционных зонах. Неодинаковость U на шинах подстанций определяется различием U на их вводах за счет потерь U в ЛЭП^5, а также различными потерями U в трансформаторах ТП. В некоторых случаях Iу при отсутствии нагрузки на зоне могут привести к большим потерям энер­гии и перераспределению нагрузки между подстанциями. Рассмотрим метод определения уравнительного тока в тяговой сети переменного тока, если на подстанциях установлены трехфазные транс­форматоры, соединенные по схеме Y/Δ, при отсутствии нагрузки на рассматриваемой МПЗ^6 и одинаковых коэффициентах трансформации у трансформаторов смежных ТП. Будем считать, что каждую фазу трансформатора при несимметрич­ной нагрузке можно рассматривать независимо от другой, т. е. как одно­фазный трансформатор. – токи в высоковольтной ЛЭП до ТП1 и после ТП2 – токи ответвляющиеся от из ЛЭП в перв-ю обмотку трансфр-ра ТП1 и возвращающиеся в ЛЭП из перв-й обмотки трансфр-ра ТП2. Zл – сопротивление одной фазы ЛЭП между ТП. Zтс – сопр-е всех ТС^7 всех путей соед-х параллельно. Ток в тяговой сети Iу распределяется между фазами тяговой обмотки трансформатора а и с вместе с b в отношении Если в тяговой сети будет протекать ток Iу, то в фазе а (на вторичной стороне), в фазе A , в фазе А (на первичной стороне) ЛЭП между ТП ток Для фазы А ЛЭП и трансформаторов тп1 и тп2 и ТС можно привести схемы замещения, где все со противления и токи приведены к напряжению линии электропередачи. - сопротивление трансформатора подстанций 1 и 2 на фазу, приведенное к напряжению первичной обмотки; Z'тс = к^2 ZTC - сопротивление ТС, приведенное к напряже­нию первичной обмотки. Так как не весь ток тяговой сети протекает по фазе а, а нас интересу­ет только контур фазы А, то на рис. условно показано ответвление 1/3 тока Iу в другие фазы. Падение напряжения в замкнутом контуре схемы замещения равно нулю. Полная сх.замещения для определения Iу Упрощенная схема замещения Из (*) получаем: Итак, уравнительный ток зависит от параметров первичной и вторич­ной цепей и от тока , распределяющегося по параллельным цепям в зависимости от их сопротивления. Из уравнения (*) видно, что Поэтому распределение тока между двумя параллельными ветвя­ми происходит исходя из сопротивлений Zл и Zy, (см. упр.схему), где Оценка уравнительного тока на ряде электрифицированных железных дорог показала, что величина его может достигать 100-120 А. Поэтому в ряде случаев опыт эксплуатации доказал эффективность перехода к од­ностороннему питанию контактной сети с выполнением раздела питания где-то в середине межподстанционной зоны.

19.Работа ТП в режиме реализации избытка энергии рекуперации Электрический локомотив имеет возможность осуществить особый вид торможения, называемый рекуперативным. Рекуперативное тор­можение основано на использовании принципа обратимости электри­ческих машин постоянного тока. На уклоне тяговые двигатели могут работать в генераторном режиме, при котором кинетическая энергия поезда превращается в электрическую, передаваемую потребителям (в первую очередь локомотивам, работающим в тяговом режиме). Рекуперация электрической энергии возможна при выполнении ряда условий. 1 скорость поезда перед началом движения по достаточ­но крутому и затяжному уклону должна быть не менее 50 км/ч, что­бы ЭДС двигателей, работающих в режиме генератора, была больше напряжения в КС в месте нахождения рекуперирующе­го ЭВ. 2 машинист ЭВ должен перейти с тягового режи­ма работы ЭВ на схему рек-го торможения, при ко­торой изменяется режим работы обмотки возбуждения тягового двигате­ля, позволяющий управлять величиной U на токоприемнике ЭВ. 3 для надежного рекупер-го торможения необходи­мо в любой момент времени иметь потребителя, готового принять ко­личество эл.энергии, соответствующее необходимому тормозному усилию. Условия рекуперации эл.энергии на участках постоянно­го тока в значительной степени зависят от режима U на шинах –I ТП. Режим напряжения на шинах тя­говой подстанции определяется ее внешней характеристикой. Обычно на подстанциях участков с рекуперативным торможением устанавливают два вы­прямительно-инверторных агрегата, которые в нормальных усло­виях служат в качестве выпрямителей, а в режиме рекуперации переключаются на работу в инверторном режиме. Рассмотрим внешнюю характеристику подстанции в выпрями­тельном и инверторном режимах. В выпрямительном режиме все агрегаты, включая выпрямительно-инверторный агрегат, имеют сопротивление (с учетом внешней питающей сети) Rв меньшее, чем сопротивление одного выпрями­тельно-инверторного агрегата Rи в режиме инвертирования. Поэто­му наклон характеристики 1 (в режиме выпрямления) меньший, чем наклон характеристики 2 в режиме инвертирования. Наклон­ный характер характеристики 1 с ростом тягового тока очевиден, так как источником энергии является подстанция, нагрузкой - электровозы. Подъем характеристики 2 с увеличением инвертируе­мого тока Iр становится понятным, если учесть, что источником энер­гии становится РЭ^8, а потребителем - ТП с сопротивлением Rи. Следовательно, РЭ должен генерировать такую Едр, чтобы она уравновешивала напряжение холостого хода U’0 и потерю напря­жения в сопротивлении подстанции Rи под действием тока Iр. Работа в инв-м режиме начинается с момента, когда под действием РЭ в ТС и на шинах ТП устанавлива­ется напряжение х.х. Uо. Если нет тяговых нагрузок, то РЭ, вызывая работу подстанции в инверторном режиме, должен еще повысить напряжение до U’0. Напряжение U0' является устав­кой для переключения выпрямительно-инверторного агрегата в ин­верторный режим. Уставка U0' делается большей, чем Uо, во избе­жание случайного переключения инвертора. Дальнейшее повышение э. д. с. РЭ ведет к увеличению рекуперируемого РЭ тока, проходя­щего через инвертор. Рассмотрим схему взаимодействия РЭ с подстанцией (а) и схему замещения (б), здесь R- полное сопротивление цепи от РЭ до шин ТП, включая внутреннее сопротивление РЭ. Ток инвертора является линейной функцией э. д. с. РЭ и напряжения U0': это выражение приводим к следующему виду: (*) Левая часть уравнения (*) представляет собой прямую 2 на рис.1. Если теперь построить кривую 2 (рис.3) и в этом же квадранте построить правую часть уравнения (*) для э. д. с. РЭ, равной ЕДР1, то пересечение прямых 2 и y1=Eдр1-IрR в точке а однозначно графически определяет то значение тока IР1 которое удовлетворяет уравнению (*). Ток Iр1 при данном значении EДР1 будет протекать через инвертор. Если необходимо повысить ток ин­вертора, то следует с помощью тока возбуждения увеличить э. д. с. РЭ до Eдр2 (см. риc 3). При этом правая часть уравнения (*) будет характеризоваться уравнением прямой y2=Eдр2-IрR парал­лельной прямой у1, а новым совместным решением левой и правой части уравнения (*) будет абсцисса точки а' т. е. новый ток ин­вертора Iр2. При Eдрmax инвертор реализует наибольший ток Iрм.

20. Способы компенсации потерь напряжения во внешней энергосистеме. Способы регулирования напряжения Самым эффективным способом усиления системы электроснабже­ния на участках постоянного тока при расчетном напряжении в кон­тактной сети 3 кВ является строительство дополнительной тяговой подстанции на межподстанционной зоне. Применяется в том случае, когда другие способы усиления системы (увеличение сечения контакт­ной подвески, пункты параллельного соединения контактной сети, до­полнительные выпрямительные агрегаты на существующих тяговых подстанциях, вольтодобавочные устройства на тяговых подстанциях и в контактной сети, тяговые трансформаторы с плавным бесконтакт­ным регулированием напряжения) не позволяют улучшить показатели работы системы электроснабжения в необходимой мере. Однако такой способ усиления системы, улучшающий все показатели ее работы, яв­ляется достаточно дорогим. Основные способы регулирования напряжения в систе­ме электроснабжения постоянного(переменного) тока. 1. Ступенчатое контактное регулирование напряжения трансформа­торов. Изменение коэффициента трансформации трехфазных трансформаторов осуществляется изменением числа витков первичной обмотки, соединенной в звезду. Регулирование U на первичной стороне необходимо для того, чтобы подводимое к первичной обмотке U не превосходило допустимых для каждого ответвления значений. В зависимости от способа переключе­ния регулировочных ответвлений различают трансформаторы следую­щих типов: - не имеющие устройств для переключения ответвлений под нагруз­кой. ПБВ (с пере­ключением без возбуждения); - снабженные встроенными устройствами для регулирования на­пряжения под нагрузкой (РПН). /может быть автоматизировано АРН/ 2. Плавное бескон­тактное регулирование напряжения с помощью управляемых реакторов. На электрифицированных участках же­лезных дорог РФ применяется бескон­тактное регулирование выпрямленного U, основанное на плавном из­менении коэффициента трансформации преобразовательного трансформатора (рис.) В регулирующую часть первичной обмотки трансформато­ра W1 включаются два управляемых реак­тора УР 1 и УР2. Управляемый реактор имеет две об­мотки, рабочую, включенную в цепь тока первичной обмотки трансформатора, и обмотку управления, питаемую от источника постоянного тока. Изменяя ток управления реактора, изменяется ин­дуктивное сопротивление рабочей обмотки. В процессе автоматического регулирования производят подмагничивание одного и размагничивание другого реактора за счет их токов управ­ления. Если УР1 размагничен, то Zур1= max. Если в это вре­мя УР2 намагничен, т. е. Iупр2 = mах и Zyp2 = min, то в формировании тока первичной обмотки участвуют все витки первичной обмотки (W1β+ Wl). Главное достоинство тако­го вида регулирования: воз­можность реализации любой внешней характеристики при плавном и безынерционном регулировании, отсутствие ме­ханических переключателей в системе регулирования, что повышает надежность рабо­ты данного устройства. Одна­ко при этом снижается КПД за счет потерь в реакторах, уменьшается cosφ за счет введения дополнительного реактивного сопротивления реакторов, увеличивается состав гармонических составляющих во вторичном (анодном) напряжении. 3. Вольтодобавочные устройства (ВДУ). Регулируемые вольтодобавочные устройства -для повышения и регулирования U как на шинах тяговых подстанций, так и в отдельных точках ТС. За счет установки на подстанции ВДУ со стабили­зацией выходного напряжения предусматривается улучшение режи­ма напряжения на токоприемниках электровозов, находящихся в зоне работы ВДУ. Для питания ВДУ используются ВЛПЭ^9 10,5 кВ. На МПЗ могут быть установлены одно или два ВДУ. Питание ВДУ осуществляется от ближайшей тяговой подстанции. Радикальным способом усиления и модернизации системы ЭС пост-го тока является увеличение U в КС до 12-24 кВ.

21.Ступенчатое регулирование U Ступенчатое контактное регулирование напряжения трансформа­торов. Изменение коэффициента трансформации трехфазных трансформаторов осуществляется изменением числа витков первичной обмотки, соединенной в звезду. Для регулирования трансформаторы снабжаются специальными ре­гулировочными ответвлениями. В зависимости от способа переключе­ния регулировочных ответвлений различают трансформаторы следую­щих типов: - не имеющие устройств для переключения ответвлений под нагруз­кой ПБВ (с пере­ключением без возбуждения); - снабженные встроенными устройствами для регулирования на­пряжения под нагрузкой (РПН). Для изменения коэффициента трансформации с ПБВ трансформато­ры необходимо отключать от сети. Такие переключения делаются редко, при сезонном изменении нагрузки (1-2 раза в год). Трансформаторы с РПН позволяют изменять коэффициент транс­формации несколько раз в сутки. Обмотка высшего напряжения (ВН) состоит из двух частей: основ­ной нерегулируемой и регулируемой. Последняя выполнена с рядом от­ветвлений к неподвижным контактам 1—5. При Uном на обмотке ВН ис­пользуется средний вывод 3-основной вывод обмотки Переход на ответвления 1 и 2 увеличивает число витков первичной обмотки, а следовательно, коэффициент трансформации и уменьшает U на обмотке низшего напряжения (НН). Использование ответвлений 4 и 5 уменьшает число витков первичной обмотки, а следовательно, коэффици­ент трансформации и увеличивает U на 2-ой обмотке. Переключающее устройство для регулируемой части обмотки состоит из подвижных контактов П1 и П2 кон­такторов K1 и К2 и реактора Р. Середина реактора соединена с нерегулируемой частью обмотки. В нормальном режи­ме работы I обмотки ВН распреде­ляется поровну между полуобмотками реактора. Поэтому магнитный поток реактора мал и падение напряжения в нем незначительно. Регулирование напряжения изменением коэффициента трансфор­мации может быть автоматизировано (АРН). Внешняя характеристика трансформатора при автоматическом регулиро­вании напряжения представлена на рис. Внешние характеристики трансформатора 1-5 – естественные, 6 – автоматическая, Ррег – ступень регулирования Современные трансформаторы с РПН имеют 18 дополнитель­ных ответвлений. Диапазон регулирования ±16%. В устройствах электроснабжения железных дорог трансформаторы с ПБВ используются на подстанциях постоянного тока для питания вы­прямительных агрегатов.

22.Принцип плавного регулирования U Плавное бескон­тактное регулирование напряжения с помощью управляемых реакторов. На электрифицированных участках же­лезных дорог РФ применяется бескон­тактное регулирование выпрямленного напряжения, основанное на плавном из­менении коэффициента трансформации преобразовательного трансформатора. Регулирование напряжения всегда осу­ществляется с высокой стороны трансфор­матора, что приводит к меньшим затратам активных материалов. В регулирующую часть первичной обмотки трансформато­ра W1 включаются два управляемых реак­тора УР 1 и УР2. УР имеет две об­мотки, рабочую, включенную в цепь тока первичной обмотки трансформатора, и обмотку управления, питаемую от источника постоянного тока. Изменяя I управления реактора, ин­дуктивное сопротивление рабочей обмотки изменяется по закону, пред­ставленному на рис. В процессе автоматического регулирования производят подмагничивание одного и размагничивание другого реактора за счет их токов управ­ления. Если УР1 размагничен, т. е. Iупр1 = 0, то Zур= max. Если в это вре­мя УР2 намагничен, т. е. Iупр2 =mах и Zyp2= min, то в формировании тока первичной обмотки участвуют все витки первичной обмотки (W1β + Wl). И тогда имеет место максималь­ный коэффициент трансформа­ции ктmax и минимальное значение напряжения на вторичной обмотке U2 При полном размагничивании УР2 и одновременном намагни­чивании УР1, т.е. Zyp2=max, a Zyp1=min, напряжение питающей сети прикладывается к наименьшему числу витков первичной обмотки , поэтому и U2 = mах. Главное достоинство тако­го вида регулирования: воз­можность реализации любой внешней характеристики при плавном и безынерционном регулировании, отсутствие ме­ханических переключателей в системе регулирования, что повышает надежность рабо­ты данного устройства. Одна­ко при этом снижается КПД за счет потерь в реакторах, уменьшается коэффициент мощности за счет введения дополнительного реактивного сопротивления реакторов, увеличивается состав гармонических составляющих во вторичном (анодном) напряжении.

23.Факторы, определяющие необходимость усиления устройств ЭС На электрифицированных участках проблема усиления систем ЭС возникает, когда из-за возрастающей тя­говой нагрузки на зонах питания показатели работы системы не соответствуют установленным нормативам. К таким показателям, как правило, относят: ~средний уровень напряжения на токоприемнике ЭПС^10 за время хода 3 мин (по наиболее тяжелому, с точ­ки зрения уровня напряжения на токоприемнике, отрезку пути МПЗ), который должен быть не менее 21 кВ на участках переменного тока и 2,7 кВ на участках постоянного тока; ~максимальные эффективные токи фидеров тяговых подстанций за интервалы времени 20, 3 и 1 мин, которые не должны превы­шать допустимых по нагреву токов для существующего на участ­ке типа контактной подвески; ~максимальные рабочие токи фидеров ТП и ПС^11 и минимальные напряжения в ТС, ко­торые не должны нарушать условие, по которому были выбраны действующие уставки защит от токов КЗ, ис­пользуемые на фидерах; ~перегрузки выпрямительных агрегатов на ТП постоянного тока. Увеличение тяговой нагрузки на зонах питания может иметь место из-за увеличения суточных размеров движения в связи с возрастанием грузопотока, внедрением более мощного ЭПС, по­явлением на участках тяжеловесных поездов. Появление тяжеловесных поездов на двухпутных участках, движе­ние которых, как правило, имеет место по одному из путей, значительно увеличивает нагрузку, приходящуюся на все элементы системы. Очень важно знать, сумеет ли система электроснабжения участка при ее суще­ствующих параметрах выдержать возрастающие перегрузки. Это можно сделать, применяя метод расчета системы электроснабжения с исполь­зованием имитационной модели ее работы, так как он позволяет учесть действительные условия эксплуатации, в том числе и с точки зрения ор­ганизации движения поездов.

24.Способы усиления устройств ЭС Самым эффективным способом усиления системы электроснабже­ния на участках постоянного тока при расчетном U в КС 3 кВ является строительство дополнительной ТП на МПЗ. Применяется в том случае, когда другие способы усиления системы (увеличение сечения контакт­ной подвески, пункты параллельного соединения контактной сети, до­полнительные выпрямительные агрегаты на существующих ТП, вольтодобавочные устройства на ТП и в КС, тяговые трансформаторы с плавным бесконтакт­ным регулированием напряжения) не позволяют улучшить показатели работы системы электроснабжения в необходимой мере. Однако такой способ усиления системы, улучшающий все показатели ее работы, яв­ляется достаточно дорогим. С экономической точки зрения предпочтительнее установка на МПЗ одноагрегатного тягового блока. Его питание осущест­вляется от распредустройства РУ-10 кВ (ОРУ-35 кВ) ближайшей ТП. Еще один вариант усиления системы ЭС постоянно­го тока - использование пункта повышенного напряжения ППН-6,6 кВ. На ближайшей ТП дополнительно устанавливается специальный преобразовательный агрегат с выходным U по­стоянного тока 6,6 кВ. Преобразовательный агрегат со стороны переменного тока подключается к РУ-10 или ОРУ-35 кВ, а со стороны постоянного тока — к РУ-6,6 кВ через разъединители и быстродействую­щий автомат на 6,6 кВ с установкой индивидуального фильтр-устройства и реактора в тяговых шинах агрегата. В ППН-6,6 кВ напряжение 6,6 кВ преобразуется в напряжение 3,3 кВ постоянного тока и подается через РУ-3,3 кВ в тяговую сеть. Если в эксплуатации требуется улучшить отдельные показатели рабо­ты системы, то применяют менее затратные способы усиления. Следует отметить, что такие методы усиления, как увеличение сечения контакт­ной подвески, применение пунктов параллельного соединения КС, установка дополнительных выпрямительных агрегатов, которые применялись ранее, на начальных этапах решения проблемы усиления системы, себя практически исчерпали. Чаще для улучшения отдельных показателей работы системы применяют регулирование напряжения на ТП или непосредственно в тяговой сети. Традиционные способы усиления системы электроснабжения, та­кие как строительство дополнительных ТП, проклад­ка дополнительного усиливающего провода, переход с раздельной схе­мы питания контактной сети на узловую, а с узловой на параллельную для улучшения режима U и уменьшения потерь электриче­ской энергии в тяговой сети, применимы и для системы ЭС переменного тока. Один из способов - регулирование U за счет частичной компенсации индуктивного сопротивления, питающей цепи установками продольной емкостной компенсации. Дальнейшее повышение пропускной и провозной способности элек­трифицированных железных дорог может быть достигнуто при напря­жении 50 кВ в КС и на ЭПС (по ана­логии с тем, что имеет место в ЮАР, Канаде, США), а при реализации системы электроснабжения 2x50 кВ вообще снимаются какие-либо огра­ничения пропускной способности по устройствам электроснабжения, открывается возможность существенно увеличить (до 150-200 км) МПЗ.

25. Основные понятия, связанные с компенсацией Q в системе ЭС Основным средством компенсации на промышленных предприятиях являются батареи силовых конденсаторов (КБ), подключаемые параллельно к электросети, т. е. поперечная компенсация.  Конденсаторные батареи устанавливаются вблизи от места потребления реактивной мощности, при необходимости снабжаются автоматическим регулированием для изменения присоединенной мощности при разных режимах нагрузок. Распределение мощности КУ^12 в сетях производится в основном из условия наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. Установка конденсаторов относительно большей мощности производится в местах наибольших реактивных нагрузок и сопротивлений питающих линий. Схемы. В зависимости от того, как элементы емкостной компенсации включаются по отношению к нагрузке (параллельно или последовательно), различают поперечную (параллельную) емкостную компенсацию (ПЕК) и продольную (последовательную) емкостную компенсацию (ПДЕК). Наиболее распространены схемы присоединения КБ через отдельные выключатели при напряжении 6—10 кВ или через рубильники и предохранители или автоматы при напряжении 380 В. Защита. Для конденсаторных батарей 6-10 кВ применяется общая для всей установки максимальная токовая защита от КЗ и от перегрузок без выдержки времени. Уставка защиты принимается примерно вдвое большей Iном батареи для отстройки от I включения и I разряда батареи. Так как конденсаторы 6-10 кВ не имеют встроенной индивидуальной защиты, то у каждого конденсатора, кроме того, устанавливаются быстродействующие токоограничивающие предохранители необходимой разрывной мощности, рассчитанные на броски тока при включении конденсатора, на максимальный разрядный ток, протекающий от неповрежденных конденсаторов к поврежденному, и на обычные колебания нагрузки при работе конденсаторной установки. Разряд. Для быстрого разряда конденсаторов после их отключения применяются индуктивные или активные разрядные сопротивления, подключаемые параллельно конденсаторной батарее.