Краткие теоретические сведения

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Конденсаторные установки поперечной (КУ) и продольной (УПК) компенсации являются мощным средством повышения энергетических показателей системы тягового электроснабжения (СТЭ). С помощью КУ и УПК компенсируется реактивная мощность, потери напряжения, симметрируются токи и напряжения, снижаются уровни высших гармоник. В результате повышается надежность и экономичность работы электроподвижного состава, районных потребителей электрических сетей.

С точки зрения генерирования реактивной мощности установки поперечной емкостной компенсации, включаемые параллельно нагрузке, превосходят в 2–3 раза установки продольной компенсации той же мощности. Однако для стабилизации и повышения уровня напряжения в тяговой сети преимущество за УПК.

Лабораторные работы выполняются с использованием программного комплекса расчетов тягового электроснабжения «КОРТЭС», предназначенного для работы в современных операционных системах.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ

УСТАНОВКИ ПОПЕРЕЧНОЙ КОМПЕНСАЦИИ НА НАПРЯЖЕНИЕ

ТЯГОВОЙ СЕТИ (работа рассчитана на 4 академических часа)

Цель работы: исследовать эффективность применения устройств поперечной компенсации реактивной мощности на параметры тяговой сети.

Краткие теоретические сведения

Установки поперечной емкостной компенсации включаются на фазы тяговой подстанции и в тяговую сеть – на посту секционирования. Нерегулируемая КУ (рис. 1.1, а) представляет собой фильтр LC, настроенный на частоту 145–147 Гц. Главное назначение реактора L – ограничить возможные резонансные явления между КУ и системой внешнего электроснабжения. Кроме того, фильтр снижает уровни гармоник в сетях внешнего электроснабжения. При одноступенчатом регулировании для демпфирования бросков тока и напряжения при коммутации КУ, достаточно параллельно реактору L включить резистор R, который подключается перед включением включателя Q1,а затем отключается (рис. 1.1, б). Для многоступенчатых КУ демпфирование должно быть более эффективным, так как здесь увеличиваются броски тока и напряжения из-за разряда первых ступеней на включаемую.

На рис. 1.1 (в) показана одна ступень многоступенчатой КУ, процесс включения которой происходит в три этапа. Сначала включается Q2, затем Q1, после чего Q2 отключается. С двумя такими ступенями (например, 3 и 5 Мвар) можно реализовать двух- или трехступенчатую КУ (3, 5 и 8 Мвар).

В систему 2×25 кВ двухступенчатую регулируемую КУ просто выполнить, если первая ступень включается между контактной сетью и рельсом, а вторая ступень – между питающим проводом и рельсом. В этом случае облегчается процесс подключения второй ступени, и она может быть выполнена упрощенно, по рис. 1.1 (б).

В схеме с вольтодобавочным трансформатором (рис. 1.2) мощность КУ изменяется пропорционально квадрату напряжения, приложенного к конденсаторам. В простейшем варианте, когда вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) нерегулируемый, путем переключения полярности вторичной обмотки трансформатора получаются две ступени регулирования мощности. Соотношение мощностей первой Q_k1 и второй Q_k2 ступеней:

,

(1.1)

где  – отношение вторичной и первичной обмоток ВДТ.

При этом мощность трансформатора  и составляет 10–15 % от установленной мощности КУ.

Включение первой ступени мощности КУ производят выключателем Q1 на пониженное напряжение. Для второй ступени включается Q2, а затем отключается Q1 и напряжение на конденсаторах повышается. При переключениях реактор ограничивает ток трансформатора ВДТ. Принятый порядок коммутации вакуумных выключателей Q1 и Q2 обеспечивает не превышение допустимых значений бросков тока и напряжения.

Рис. 1.1. Схемы КУ: а) нерегулируемая КУ; б) одноступенчатая КУ; в) одна ступень многоступенчатой КУ

Для повышения надежности работы конденсаторов КУ, которые чувствительны к броскам тока и напряжения, возникающим при включении или отключении КУ, используют коммутационный модуль на вакуумном выключателе для КУ. Особо опасны повторные пробои в масляных выключателях при отключении КУ, когда кратность перенапряжения в конденсаторах достигает 3, а бросков тока – 8,5.

Поэтому для облегчения протекания коммутационных процессов в КУ по проектным решениям применяют блок с двумя последовательно соединенными масляными выключателями. Один из них шунтируют демпфирующим резистором. Такая схема значительно снижает вероятность повторных перебоев, а также броски тока и напряжения. Однако совсем избежать их в масляных выключателях не удалось в связи с недостаточно высокой скоростью расхождения контактов выключателей.

Рис. 1.2. Схема КУ с вольтодобавочным трансформатором

Только применение вакуумных выключателей, включенных по специальным схемам (в камерах ПКУ-27,5V1, рис. 1.1, в), позволило исключить повторные пробои и не опасаться бросков тока и перенапряжений на конденсаторах и реакторе КУ.

Камеры ПКУ-27,5V1 предназначены для повышения надежности работы КУ при коммутационных переключениях, режимного регулирования КУ по заданию энергоснабжающей организации (например, по часам суток в максимум и минимум нагрузки энергосистемы). Кроме того, они в случае необходимость автоматически регулируют мощность КУ при изменяющейся тяговой нагрузке.

В применяемых вакуумных выключателях ВВВ – 10/320 привод подключают к трем последовательно соединенным вакуумным камерам через изолирующую тягу на 27,5 кВ. Пусковой (демпфирующий) резистор изготовлен из нихрома, а в последних проектах камеры ПКУ-27,5V1 используют бетэловый резистор РШ2.

Защиты, реагирующие на перегрузочные режимы, воздействуют на отключение вакуумных выключателей, так как в этом случае разрываются емкостные токи. При мощных коротких замыканиях в КУ, когда токи короткого замыкания в КУ превышают номинальные значения в 3–4 раза и более, защиты воздействуют на отключение масляного выключателя.

В камерах ПКУ-27, 5V1 предусмотрена возможность автоматического управления мощностью КУ. Учитывая, что введена оплата за реактивную энергию, следует, как можно полнее использовать мощность КУ. Поэтому при повышенных напряжениях, прежде всего, необходимо приводить в действие автоматику регулирования напряжения трансформаторов (АРПН), а затем воздействовать на регулятор КУ.

Мощность КУ Q _{к i} в узле (на посту секционирования или на шинах тяговой обмотки трансформатора подстанции) можно определить по формуле

,

(1.2)

где Q_i – реактивная мощность нагрузки поста секционирования или суммарная по плечам тягового трансформатора подстанции, квар;

  R_i – сопротивление в узле i, Ом;

m – число рассматриваемых нагрузочных узлов.

Распределение мощности КУ Q _{к i} на тяговой подстанции i между фазами шин 27,5 кВ при соотношении нагрузок плеч питания подстанции не более 1,3–1,5, то КУ устанавливают только на отстающую фазу:

(1.3)

Если нагрузка опережающего плеча превосходит нагрузку отстающего плеча более чем в 1,5 раза, то КУ устанавливают на отстающую и опережающую фазы

;

(1.4)

,

(1.5)

где Q _{к i} – реактивная суммарная мощность КУ по фазам на подстанции i , квар;

Q _к(оп) , Q _к(от) – реактивные мощности опережающей и отстающей фаз подстанции i, квар;

g – коэффициент равный 0,5 при двустороннем питании тяговой сети и 1,0 при одностороннем питании;

Q _к(ПСоп) , Q _к(ПСот) – реактивные мощности КУ на постах секционирования тяговой сети, питающейся соответственно от опережающей и отстающей фаз подстанции i, квар.