Устройство для электроснабжения железных дорог переменного тока и районных нетяговых потребителей

 

Изобретение относится к электрофицированным железным дорогам переменного тока, а именно к устройствам электроснабжения. Сущность изобретения: устройство состоит из трехфазного трансформатора 1, содержащего первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка 2 является симметричной и присоединена к питающей линии. Катушки 4, 5 и 6 от вторичной обмотки выполнены несимметричными, имеют отводы от всех фаз и соединены по нестандартной схеме, что позволяет использовать их для одновременного питания двух однофазных тяговых нагрузок и двух районных нагрузок при стандартных напряжениях. Из-за распределения тяговой нагрузки по единственной вторичной обмотке трансформатор используется с большим КПД, что позволяет реже прибегать к параллельному подключению оборудования и экономить электроэнергию. 2 ил.

Изобретение относится к электрифицированным железным дорогам переменного тока, а именно к устройствам электроснабжения.

Известны устройства для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока и районных нетяговых потребителей электрической энергии, представляющие собой тяговые трансформаторные подстанции, оборудованные трехфазными трехобмоточными тяговыми трансформаторами, первичные обмотки которых соединены по схеме "Звезда" и питаются от трехфазных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП 110 или 220 кВ), а две вторичные обмотки предназначены для питания тяговых однофазных (железнодорожных) нагрузок и для питания трехфазным током районных нетяговых потребителей, соединение между собой указанных вторичных обмоток позволяет перераспределять мощность тяговых нагрузок между обмотками [1]. Однако при этом напряжение питания районных нетяговых потребителей остается равным напряжению тяговой сети, т.е. 25 кВ, что вызывает необходимость использования различного рода преобразователей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электроснабжения железных дорог переменного тока и районных тяговых потребителей по [2], представляющее трехфазный трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, позволяющими питать одну районную нетяговую нагрузку трехфазным током при напряжении 35 кВ и две тяговые нагрузки при напряжении тяговой сети 25 кВ.

Недостатком известного устройства является наличие двух вторичных обмоток, соединенных по схемам "Звезда-6" и "Звезда-12" с одной укороченной фазой и присоединенных друг к другу обмотками укороченных фаз и дополнительного отвода от катушки одной укороченной фазы, позволяющее получить систему симметричных трехфазных напряжений лишь одного значения, т.е. 35 кВ, являющегося стандартным. Для получения второго стандартного напряжения нетяговых потребителей необходимо иметь у трансформатора еще одну вторичную обмотку или применить дополнительный трансформатор 35/10. Кроме того, отсутствие схем соединения вторичных обмоток "треугольником" не снижает токи гармоник, кратных трем, образующихся в тяговой сети.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей трансформатора при питании двух однофазных и двух трехфазных нагрузок от одной обмотки и упрощение конструкции трансформатора, т.е. сокращение числа обмоток.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве, состоящем из трехфазного трансформатора, содержащего первичную симметричную обмотку, соединенную "звездой" и присоединенную к питающей трехфазной сети, и вторичную несимметричную обмотку, которая имеет две фазы с большим числом витков и отводами от части витков, соединенную по схеме открытого "треугольника", для присоединения районных нагрузок, и третью фазу - с меньшим числом витков и отводом от середины. При этом третья фаза началом и концом присоединена к отводам от части витков первых двух фаз, образуя замкнутый симметричный "треугольник" для части вторичной обмотки, к которой присоединяется вторая районная нагрузка. Две однофазные тяговые нагрузки присоединены к двум фазам вторичной обмотки с большим числом витков и отводу от середины третьей фазы с меньшим числом витков, который является общей точкой двух однофазных нагрузок, присоединен к рельсам и заземлен.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений.

Устройство состоит из трехфазного трансформатора 1, содержащего первичную и вторичную обмотки. Катушки 2 первичной обмотки являются симметричными, соединены по схеме "звезда" и присоединены к питающей трехфазной линии 3. Катушки 4, 5 и 6 вторичной обмотки являются несимметричными. Катушки 4 и 6, расположенные на фазах "а" и "с" магнитопровода трансформатора, имеют одинаковое число витков и выполнены с отводами от 0,29 части витков, причем у катушки 4 отвод сделан от 0,29 части витков от начала обмотки, а у катушки 6 отвод сделан от 0,29 части витков от ее конца. Катушка 5, расположенная на фазе "b" магнитопровода трансформатора, имеет меньшее число витков, равное 0,29 числа витков катушек 4 и 6, и выполнена с отводом от ее середины. Начало катушки 4 соединено с концом катушки 6, а катушка 5 присоединена началом к отводу катушки 4 и концом к отводу катушки 6. Тяговые плечи 7 и 8, разделенные нейтральной вставкой 9, присоединены к концу катушки 4 и началу катушки 6 соответственно. Отвод от середины катушки 5 присоединен к тяговому рельсу 10 и заземлен. ЛЭП 10 кВ присоединена к отводам от катушек 4 и 6 и к точке соединения начала катушки 4 и конца катушки 6. ЛЭП 35 кВ присоединена к концу катушки 4. началу катушки 6 и к точке соединения начала катушки 4 и конца катушки 6. Смежная подстанция 11 имеет аналогичную схему.

Работает устройство следующим образом.

Первичная обмотка трансформатора 1 (фиг. 1), состоящая из трех катушек 2, является симметричной и присоединена к питающей трехфазной линии 3 (ЛЭП 110 или 220 кВ). Вторичная обмотка трансформатора выполнена несимметричной, соединена по схеме открытого "треугольника" и частично полного "треугольника" и предназначена для питания двух районных нагрузок трехфазным током при линейных напряжениях 35 и 10 кВ и двух железнодорожных однофазных нагрузок при напряжении 25 кВ. Железнодорожные однофазные нагрузки или тяговые плечи 7 и 8 присоединены к двум фазам 4 (фаза "а") и 6 (фаза "с") и отводу от середины третьей фазы 5 (фаза "в"), который соединен с тяговым рельсом и заземлен. Две фазы 4 и 6, имеющие большее число витков и соединенные по схеме открытого "треугольника", предназначены для питания трехфазным током районных нагрузок при линейных напряжениях 35 кВ. Части этих двух фаз с отводами от 0,29 части числа витков и обмотка третьей фазы с уменьшенным числом витков, равным 0,29 части числа витков обмоток первых двух фаз, соединены по схеме полного "треугольника", предназначенным для питания районных нагрузок трехфазным током при линейных напряжениях 10 кВ и для подавления третьей гармоники тока, возникающей при нарушениях симметрии нагрузок. Напряжения катушек 4 и 6 вторичной обмотки равны 38 кВ, что соответствует стандарту (для ЛЭП-35) и поэтому линейные напряжения схемы открытого треугольника (фиг. 2) составляют 38 кВ. Отводы от 0,29 части витков катушек позволяют получить другое стандартное напряжение 38˙0,29 11 кВ.

Тяговые напряжения получаются из двух напряжений: от части обмотки с большим числом витков и половины обмотки с меньшим числом витков. Тогда, приняв начальную фазу напряжения катушки 4, равную нулю, получают = - = 27 - 5,5 e= 30,13 e кB; = - = 27e- 5,5 e= 30,13 e кB Модули тяговых напряжений получаются одинаковыми, равными ≈ 30 кВ и сдвинутыми относительно друг друга на угол 78^о12' 78^о12' = 9 ^о06' -(-69^о06' ).

Несколько повышенное напряжение на шинах тяговых подстанций улучшает работу тяговых сетей, так как в известных тяговых подстанциях его повышают до 29-30 кВ. Сдвиг по фазе между напряжениями тяговых плеч в 78^о12' не имеет никакого значения. Объединение вторичной обмотки для питания тяговой сети и районных нагрузок позволяет перераспределять мощности тяговой сети и районных нагрузок по одной обмотке, так как районные нагрузки составляют 20-30% номинальной мощности, а тяговые нагрузки при пропусках тяжеловесных поездов превышают предусмотренные для них номинальные мощности, отрицательно влияющие на работу известных тяговых трансформаторов, имеющих две вторичные обмотки, с распределением мощностей по 50% для тяги и для районных нагрузок, что более благоприятно влияет на работу предлагаемого устройства. Равенство тяговых нагрузок в предлагаемом устройстве позволяет симметрировать первичные токи. При этом коэффициент "укорочения" третьей фазы, эквивалентной несимметричной звезде предлагаемого объекта составляет К_ук=0,57, что является близким к величине коэффициента укорочения третьей фазы вторичной обмотки трансформатора базового объекта, равного К_ук.б.=0,594. Таким образом, трансформатор с одной вторичной обмоткой может быть использован для одновременного питания двух однофазных тяговых нагрузок и двух районных нагрузок при стандартных напряжениях. Одна заземленная точка вторичной обмотки не вносит в схему токораспределения между обмотками трансформатора и нагрузками никаких нарушений, так как районные ЛЭП-35 и ЛЭП-10 кВ работают без заземленной нейтрали. Кроме того, провода районных ЛЭП-35 могут быть использованы в качестве усиливающих проводов тяговой сети, если ЛЭП-35 проходит параллельно железной дороге и расположена вблизи от нее. Тяговые подстанции, выполненные по схеме предлагаемого объекта, благодаря симметрирующему эффекту не требуют чередования фаз при соединении первичных обмоток соседних подстанций к питающей линии и допускают параллельную работу нескольких подстанций.

Устройство обладает высокой эффективностью, так как позволяет производить электроснабжение железных дорог переменного тока и районных нетяговых потребителей от одной вторичной обмотки двухобмоточного тягового трансформатора, т. е. трансформатора упрощенной конструкции и уменьшенной материалоемкости. Кроме того, из-за распределения тяговой нагрузки по единственной вторичной обмотке трансформатор используется с большим КПД, что позволяет реже прибегать к параллельному подключению резервного оборудования и экономить электроэнергию.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И РАЙОННЫХ НЕТЯГОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, содержащее трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена по схеме "звезда" и присоединена к питающей линии, вторичная обмотка выполнена трехфазной, катушки двух фаз которой имеют обмотки с n числом витков, а катушка третьей фазы выполнена с уменьшенным 0,29 n числом витков с отводом от середины, начало катушки одной фазы с n числом витков присоединено к первому выводу первого районного нетягового потребителя, а конец ее - к второму выводу первого районного нетягового потребителя и к первой тяговой нагрузке, начало катушки второй фазы с n числом витков присоединено к третьему выводу первого районного нетягового потребителя и второй тяговой нагрузке, отличающееся тем, что катушки фаз с n числом витков выполнено с отводами от 0,29n витков, при этом отвод от катушки первой фазы присоединен к началу катушки фазы с 0,29n числом витков, отвод от которой присоединен к рельсам и заземлен, а ее конец присоединен к отводу катушки другой фазы с n числом витков, конец которой объединен с началом катушки первой фазы и подключен к первому выводу второго районного нетягового потребителя, два других вывода которого присоединены к началу и концу катушки фазы с 0,29n числом витков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2