Устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока

 

Использование: электрификация железных дорог при переменном токе по системе 2 х 25 кВ для совместного питания тяговых потребителей. Сущность изобретения: типовая система электроснабжения дополнена двумя разъединителями и выключателем на вторичной стороне резервного трансформатора для организации полного треугольника напряжений, питающего трехфазные потребители линий Два провода-рельс и собственных нужд подстанций. В устройстве имеет место снижение потерь от токов нулевой последовательности и повышение качества электроэнергии на зажимах нетяговых потребителей. 5 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 60 М 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835655/11 (22) 25.04.90 (46) 30.05.92. Бюл. М 20 (71) Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) В.К.Едренин, Б.Е.Похабов, В.И.Беляев, P.À;Àõìåäæàíîâ и А.M.Ñàïåëü÷åíêî (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 958162, кл. В 60 M 3/02, 1981.

Бородулин Б.M. и др. Система тягового электроснабжения 2 х 25 кВ. Мл Транспорт, 1989, с.34. рис.1.22. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛ ЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электрификации железных дорог на переменном токе по системе 2 х 25 кВ для совместного питания тяговых и нетяговых потребителей.

Системы электроснабжения 2 х 25 кВ построены. с использованием однофазных трансформаторов, соединенных в открытый треугольник, что позволяет производить регулирование напряжений в контактной сети раздельно по плечам питания. Однако фиде. ра "Два провода-рельс" (ДПР) и "Собственных нужд" (СН) присоединены с шинам вторичного напряжения, т.е. к плечам тяговой сети. Следовательно, трехфазные потребители, питающиеся от линий ДПР и СН, не могут получать электроэнергию должного качества, в частности по показателям несимметрии и несинусоидальности.

Известно устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее Ж, 1736776 А1 (57) Использование: электрификация железных дорог при переменном токе по системе, 2 х 25 к8 для совместного питания тяговых потребителей. Сущность изобретения; типовая система электроснабжения дополнена двумя разъединителями и выключателем на вторичной стороне резервного трансформатора для организации полного треугольника напряжений, питающего трехфазные потребители линий "Два провода-рельс" и собственных нужд подстанций.

В устройстве имеет место снижение потерь от токов нулевой последовательности и повышение качества электроэнергии на зажимах нетяговых потребителей. 5 ил. однофазные трансформаторы, первичные и районные обмотки которых соединены в треугольник, а тяговые — в открытый треугольник, снабженное датчиками напряжения плеч питания и блоками регулирования в тяговых обмотках. В основе своей (без элементов регулирования) система электроснабжения по данному устройству имеет условия для обеспечения симметрирования напряжения основной частоты и демпфирования гармоник напряжения, кратных трем, по районной нагрузке. Однако, так как по фидерам ДПР и СН треугольник питающих напряжений остается открытым, то токи нулевой последовательности на основной частоте и частотах высших гармонических составляющих, кратных трем, создают значительные потери электроэнергии в трехфазных потребителях и линиях .электропередачи, питающих эти. нагрузки.

Кроме того, увеличивается несимметрия на1736776

25

45

55 пряжений на этих частотах, приводящая к снижению моментов трехфазных двигателей, нагреву их обмоток, сбоям релейных защит и т.д. Для однофазных потребителей, питающихся от фидеров Дг)Р и СН через трансформаторы по схеме, /, возможно появление перенапряжений фазных ЭДС иэ-за третьей гармоники напряжения, Наиболее близкой к предлагаемой является система электроснабжения по схеме 2 х 25 кВ, представляющая собой типовое распределительное устройство 55 кВ для питания тяговых плеч и трехфазных потребителей в линиях ДПР и СН тяговых подстанций, Она содержит установленные на тяговых подстанциях первый, второй и резервный .однофазные трансформаторы.

Первичные обмотки первого и второго трансформаторов через двухполюсные выключатели подключены к питающей сети по схеме открытого треугольника. Первичная обмотка резервного подключена к питающей сети через три двухполюсных разъединителя с возможностью подключения резервного трансформатора к питающей сети вместо любого nepeom и второго, или параллельно любому иэ них, или соединения с трансформаторами разных плеч в закрытый треугольник. Вторичные обмотки первого и второго. трансформаторов присоединены через двухполюсные выключатели к соответствующим фидерным зонам тяговой сети и далее через шины вторичного напряжения — к фидерам ДРП и СН. Районные обмотки подключены к районным потребителям через свои сборные шины, Шины вторичного напряжения секционированы с помощью четырех двухполюсных разъединителей, Вторичные обмотки резервного трансформатора связаны через свои сборные шины и двухполюсные выключатели с двумя секциями вторичного напряжения. Трехфазная система ДПР и СН 27,5 кВ образована путем подключения их фидеров к разнофазным выводам первого и второго трансформаторов и заземленным общим точкам полуобмоток.

Однако эта трехфазная система питания фидеров ДПР и СН представляет собой неполный треугольник, которому присущи отмеченные недостатки вышеприведенного .устройства. Кроме того, при аварийном отключении одного из тяговых трансформаторов она превращается в однофазную и нарушается бесперебойное питание всех нетяговых трехфазных потребителей, Цель изобретения — повышение качества электроэнергии путем уменьшения токов нулевой последовательности и несимметрии напряжения и повышения бесперебойности электроснабжения трехфаэных потребителей.

Поставленная цель достигается тем. что устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее первую и вторую секции трехфазных шин высокого напряжения с перемычкой, включенной между ними через первый и второй трехполюсные раэьединители соответственно, первый, второй и резервный однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых выполнены в виде полуобмоток, причем первичные обмотки первого и второго однофаэных трансформаторов подключены через первый и второй двухполюсные выключатели к первой и второй секциям шин высокого напряжения соответственно по схеме открытого треугольника, первичная обмотка резервного однофаэного трансформатора подключена через третий двухполюсный выключатель и первый, второй и третий двухполюсные разъединители к каждой паре фаз перемычки, вторичные полуобмотки первого и второго однофазных трансформаторов соединены последовательно, точки их. соединения подключены к заземленной рельсовой цепи, свободные выводы подключены через четвертый и пятый двухполюсные выключатели к первой и второй секциям двухфазных шин вторичного напряжения соответственно, первая и вторая секции двухфазных шин вторичного напряжения через шестой и седьмой двухполюсные выключатели и сборные шины резервного однофаэного трансформатора связаны с вторичными полуобмотками резервного однофазного трансформатора, фидера ДПР, связанные с двухфазными шинами вторичного напряжения, а также четвертый и пятый двухполюсные разъединители, устройство снабжено восьмым выключателем. При этом начало первой и конец второй полуобмоток резервного однофазного трансформатора подсоединены к сборным шинам последнего, конец первой и начало второй полуобмоток подсоединены раздельно через четвертый двухполюсный разъединитель к сборным шинам резервного однофаэного трансформатора и через пятый двухполюсный разъединитель к заземленной рельсовой цепи. Шины вторичного напряжения выполнены в виде первой и второй независимых секций, сборные шины резервного однофазногО трансформатора подключены через восьмой двухполюсный выключатель, а фидера ДПР и СН вЂ” непосредственно к шинам вторично го напряжения разных фаз и разных секций, Известная система, содержащая семь вы1736776 ключателей, дополнена еще одним, и при устранении четырехсекционных разъединителей в нее введены два двухполюсных разъединителя. Новые связи введены на вторичной стороне резервного трансформатора и в подключении фидеров ДПР и CH к шинам вторичного напряжения.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства для электроснабжения; на фиг.2 — векторные диаграммы напряжений на шинах вторичного напряжения в типовых режимах работы известного устройства; на фиг.3 — то же, для рабочего режима предлагаемого устройства; на фиг.4 и 5- то же, при аварийном отключении первого и второго трансформаторов соответственно.

Устройстводля электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока (фиг.1) содержит первую 1 и вторую 2 секцИИ шин высокого напряжения с перемычкой 3, включенной между йими через первый 4 и второй 5 трехполюсные разъединители соответственно, первый 6. второй 7 и.резервный 8 однофазные понизительные трансформаторы, двухфазные шины 9 вторичного напряжения, состоящие из первой 10 и второй 11 независимых секций, каждая иэ которых представляет собой систему сборных шин, принадлежащих соответственно первому 6 и второму 7 однофаэным трансформаторам. Шины первой секции 10 подключены к контактному 12 и питающему 13 проводам фидерной зоны 14 со стороны левого плеча подстанции, а шины второй секции 11 — к контактному 15 и питающему 16 проводам фидерной зоны 17 со стороны правого плеча. Фидера ДПР 18 и СН 19 присоединены к разнофазным выводам 20 и 21 соответственно секций 10 и

11. Первичные обмотки первого 6 и второго

7 трансформаторов подключены через первый 22 и второй 23 двухполюсные выключатели к первой 1 и второй 2 секциям шин высокого напряжения соответственно по схеме открытого треугольника. Первичная обмотка резервного трансформатора 8 подключена через третий двухполюсный выключатель 24 и первый 25, .второй 26 и третий 27 двухполюсные разъединители к каждой, паре фаз перемычки 3, Вторичные обмотки трансформаторов 6 — 8 выполнены в виде полуобмоток. Полуобмотки каждого трансформатора 6 и 7 соединены последовательно, точки их соединения подключены к заземленной рельсовой цепи 28. Свободные выводы этих полуобмоток через четвертый 29 и пятый 30 двухполюсные выключатели соответственно подключены к шинам первой 10 и второй 11 секциям двухфазных шин 9 вторичного напряжения. Начало первой 31 и конец второй 32 полуобмоток резервного трансформатора 8 подсоединены к сборным шинам 33 последнего, конец первой 31 и начало второй 32 полуоб5 моток подсоединены раздельно через четвертый двухполюсный разъединитель 34 к сборным шинами 33 резервного трансформатора 8 и через пятый двухполюсный раэьединитель 35 — к заземленной рельсовой

10 цепи 28. Первая 10 и вторая 11 секции двухфазных шин 9 вторичного напряжения через шестой 36 и седьмой 37 двухполюсные выключатели соединены со сборными шинами

33 резервного трансформатора 8, послед15 ние подключены через восьмой двухполюсный выключатель 38, а фидера ДПР 18 и СН

19- непосредственйо к шинам 9 вторичного напряжения разных фаз 20 и 21 и разных секций 10 и 11, При этом фазировка подклю20 чения фидеров ДПР 18 и CH 19 к сборным шинам 33 резервного трансформатора 8 соответствует присоединению первичной обмотки последнего к недостающей фазе на высокой стороне.

25 Устройство работает следующим образом:

Примем за исходное такое его состояние, когда все выключатели и разъединители отключены. Покажем работу

30 последовательно во всех режимах посредством включения соответствующей совокуп. ности коммутирующих аппаратов.

Режим двустороннего питания тяговой сети осуществляют включением выключате35 лей 22, 23, 29 и 30. При этом фидерные зоны

14 и 17 получают питание от первой 1 и второй 2 секции шин высокого напряжения соответственно (фазы АВ и СА) через первый 6 и второй 7 трансформаторы и секции

40 10 и 11 двухфазных шин 9 вторичного напряжения. Фидеры ДПР 18 и СН 19 снабжаются энергией от данных трансформаторов через секции 10 и 11 и разнофазные их выводы 20 и 21 и заземленную рельсовую цепь 28. Ре45 эервный трансформатор 8 по первичной и вторичной стороне отключен. На фиг. 2а, б и в показаны векторные диаграммы напряжений, соответственно на шинах 12 и 13 левой фидерной эоны 14, на фидерах ДРП

50 18 и СН 19, на шинах 15 и 16 правой фидерной эоны 17. Здесь принято для упрощения, что вторичные напряжения трансформаторов 6 — 8 равны по модулю. Диаграммы показывают, что тяговая сеть получает

55 двустороннее питание (вектора 12 —. 13 и 15 — 16), а фидеры ДПР 18 и CH 19 запитывают ся неполным треугольником напряжений.

Для перехода в режим параллельной работы трансформаторов дополнительно включают выключатель 24, разъединитель

1736776

35 и затем или разъединители 4 и 25 и шес той выключатель Зб для обеспечения параллельного соединения резервного трансформатора 8 к первому трансформатору 6, или разъединители 5 и 27 и седьмой выключатель 37 для обеспечения параллельного соединения резервного трансформатора 8 к второму трансформатору 7.

Векторные диаграммы для этого режима в основном будут аналогичны диаграммам на фиг2а, б, в, Режим включения первого 6 и второго 7. трансформаторов по схеме открытого треугольника (фазы АВ и АС) и резервного трансформатора 8 на недостаточную фазу (ВС) на высокой стороне достигается включением выключателей 22. 23, 29, 30, 24 и 38, разьединителей 26, 34 и отключением выключателей 36 и 37, разъединителя 35. Тогда на шинах секций 10 и 11 будут иметь место напряжения согласно векторным диаграммам на фиг.3. Трехфазные потребители фидеров ДПР 18 и СК 19 получают питание от полного треугольника напряжений (фиг.3, б), Две стороны его вектора 28 — 12 и 15 — .

28сформированы напряжениями полуобмоток первого 6 и второго 7 трансформаторов, третья, ранее недостающая сторона — вектор 12 — 15 — напряжением соединенных в параллель полуобмоток резервного трансформатора 8. Образован контур замыкания токов нулевой последовательности на ос. новной частоте и частотах высших гармоник, кратных трем, что приводит к уменьшению несимметрии и несинусоидальности напряжений, а также потерь электроэнергии в трехфазных потребителях. Для тех однофазных потребителей, которые питаются от фидеров ДПР 18 и СК 19 через трансформаторы по схеме 4/(, уменьшается вероятность появления перенапряжений фазных ЭДС из-за уменьшения в них гармоник напряжений, кратных трем. Плечи тягoBQA сети получают питание напряжением 2 х 25 кВ (фиг.3 а, в); вектора 13 — 12 в фидерной зоне 14 и 15 — 16 в фидерной зоне

17.

Так как в этом режиме резервный трансформатор 8 эксплуатируется постоянно, то возникает опасность нарушения бесперебойного питания трехфазных потребителей при отказе любого трансформатора 6 или 7 подстанции. Векторные диаграммы на фиг.4 а, б и 5, б наглядно иллюстрируют, что при аварийном отключении трансформатора б (фиг.4. а, б) или 6 (фиг.5 а, б) тяговые плечи получают со стороны аварийно отключенного трансформатора напряжение 1 х 25 кВ со стороны работающего трансформатора — 2 х 25 кВ, а фидеры ДПР и СН вЂ” двухфазное напряжение, т.е, такое же, как и в нормальном режиме работы известного устройства, Качество электрической энергии в этих случаях понижается, но бесперебойность электроснабжения как тяговых, так и нетяговых потребителей сохраняется на уровне нормальных возможностей типовой системы электроснабжения 2 х 25 кВ.

Таким образом, введение двухполюсных одного выключателя и двух разъединителей и соответствующих связей на

10 вторичной стороне резервного. трансформатора позволяет в нормальном режиме использовать.его для организации на шинах

15 вторичного напряжения полного треугольника напряжений.

Применение предлагаемой системы по сравнению с известной позволяет достичь симметрирующий эффект, демпфирование из тяговых трансформаторов обеспечить бесперебойное питание тяговой сети и линий ДПР и СН по схеме неполного треуголь25 ника; уменьшить потери электроэнергии в трехфазн ых потребителях.

Предлагаемая система может быть применена на любых типах подстанций (отпаечных, транзитных, опорных), что делает ее универсальной, и она имеет большие возможности для реализации регулирования и управления режимами в линиях ДПР, СК и

30 тяговой сети, Реализация изобретения обеспечивается доступными типовыми средствами, т.е. без разработок уникальных элементов и сложных схемных конфигураций.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого решения образуется 3а счет снижения потерь электроэнергии в понизительных трансформаторах и фидерах ДПР и

СН тяговых подстанций, трехфазных нетяговых потребителей, а также за счет повышения качества электроэнергии и, следовательно, уменьшения ущерба в них, Дополнительные затраты будут связаны с

45 вводом дополнительных выключателя и двух разьединителей, однако они в некоторой. степени уменьшаются за счет изъятия

50 четырех двухполюсных разъединителя.

Формула изобретения

Устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее первую и вторую секции трехфазных шин высокого напряжения с перемычкой, включенной между ними через первый и второй трехполюсные разьединители соответственно, первый, второй и резервный однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых выполнены в

20 гармоник и снятие возможных перенапряжений; при аварийных отключениях одного

1736776

11

m7T Т77ТТТ7 77.2в

&ma. / виде полуобмоток, причем первичные об-. мотки первого и второго однофазных трансформаторов подключены через первый и второй двухполюсные выключатели к первой и второй секциям шин высокого напряжения соответственно по схеме открытого треугольника, первичная обмотка резервного однофазного трансформатора подключеначерезтретийдвухполюсный выключатель и первый, второй и третий двухполюсные разъединители к каждой паре фаз перемычки, вторичные полуобмотки первого и второго однофазных трансформаторов соединены последовательно, точки их соединения подключены к заземленной рельсовой цепи, свободные выводы подключены через четвертый и пятый двухполюсные выключатели к первой и второй секциям двухфазных шин вторичного напряжения соответственно,.первая и вторая секции двухфазных шин вторичного напряжения через шестой и седьмой двухполюсные выключатели и сборные шиНы резервного однофазного трансформатора связаны с вторичн ыми полуобмотками резервного однофазного трансформатора, фидера "Два провода- рельс", связанные сдвухфазными шинами вторичного напряжения, а также четвертый и пятый двухполюсные разъединители, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества электроэнергии путем

5 уменьшения токов нулевой последовательности и несимметрии напряжения и повышения бесперебойности электроснабжения трехфазных потребителей, устройство снабжено восьмым выключателем, причем нача10 ло первой и конец второй полуобмоток резервного однофазного трансформатора подсоединены к сборным шинам последнего, конец первой и начало второй полуобмоток подсоединены раздельно через

15 четвертый двухполюсный разъединитель к сборным шинам резервного однофазного трансформатора и через пятый двухполюсный разъединитель к. заземленной рельсовой цепи, шины вторичного напряжения

20 выполнены в виде первой и второй независимых секций, сборные шины резервного однофазного трансформатора подключены через восьмой двухполюсный выключатель, а фидера "Два провода-рельс" и собствен25 ных нужд — непосредственно к шинам вторичного напряжения разных фаз и разных секций.

1736776

Фиг. 3

1736776

Составитель P.Àxìåäæàíoâ

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор Э.Слиган

Заказ 1859 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101