Способ перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кв, на переменный однофазный ток 27,5 кв и устройство для его осуществления

Изобретение относится к задаче перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный ток 27,5 кВ. Способ перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный однофазный ток 27,5 кВ заключается в предварительном выпрямлении трехфазного переменного тока и последующем его преобразовании с помощью автономного инвертора напряжения в однофазный переменный ток для питания электроподвижного состава. Для выпрямления переменного трехфазного тока используют существующую инфраструктуру подстанций постоянного тока, начиная от вводов первичного питающего напряжения и до шин постоянного тока 3,3 кВ включительно. Устройство содержит дополнительно введенные однофазные инверторы напряжения, выходы которых подключены к трансформаторам, повышающим напряжение до уровня 27,5 кВ. Использование заявляемого изобретения позволит снизить расходы на демонтаж существующих подстанций постоянного тока 3,3 кВ и на последующее возведение на их месте новых подстанций переменного тока 27,5 кВ; снизить потери энергии во внешней питающей трехфазной сети за счет устранения асимметрии токов и потери в контактной сети за счет уменьшения длин зон питания, при этом сохраняется возможность питания всех нетяговых потребителей. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный ток 27,5 кВ и может быть использовано при переводе всех существующих участков ж.д. постоянного тока.

Существуют три известных альтернативных способа перевода участков ж.д. с постоянного на переменный ток.

При первом из них [1], заново (с нуля) сооружают более мощные, но более редко расположенные тяговые подстанции переменного тока 27,5 кВ, а действующие подстанции постоянного тока демонтируются.

При втором [2], еще только разрабатываемом и рекомендуемом в основном для вновь электрифицируемых участков ж. д., сооружаются мощные опорные тяговые подстанции с симметрирующими трансформаторами с напряжение на вторичной стороне 94 кВ, с прокладкой продольной двухфазной линии 94 кВ между опорными подстанциями, размещенными на расстоянии 150-200 км друг от друга, и сооружается ряд типовых стандартных подстанций вдоль ж.д. линии, питающихся от продольной двухфазной линии электропередачи 94 кВ.

При третьем [3] способе, также еще только разрабатываемом и также рекомендуемом для вновь электрифицируемых участков ж.д., предлагается строительство мощных опорных подстанций, осуществляющих выпрямительно-инверторное преобразование переменного трехфазного тока в однофазный напряжением 110 кВ, прокладка двухфазной линии электропередачи 110кВ между опорными подстанциями и на консольных участках и размещение типовых стандартных тяговых подстанций вдоль ж.д. линии, питающихся от продольной линии электропередачи.

Последний способ наиболее близок к предложенному, поэтому он и взят за прототип.

Перевод участков постоянного тока на переменный ток по всем указанным выше способам требует полного демонтажа существующих подстанций постоянного тока, колоссальных затрат на сооружение мощных тяговых подстанций переменного тока, а при втором и третьем способах еще и сооружения продольных двухфазных ЛЭП 94-110 кВ.

Перевод на переменный ток становится менее затратным, а полученный эффект более значимым если его осуществлять нижеприведенным способом, при котором сохраняется вся инфраструктура действующих тяговых подстанций постоянного тока (до преобразовательных агрегатов и линии 3,3 кВ включительно), дополняемая блоками автономных инверторов напряжения, повышающими выходными однофазными трансформаторами и ЗРУ - 27,5 кВ. При этом сохраняется возможность питания всех нетяговых потребителей.

Заявляемое изобретение иллюстрируется на чертеже, где приведена принципиальная схема устройства.

Устройство состоит из:

1 - трехфазная ЛЭП 110(220) кВ внешнего питающего напряжения

2 - ОРУ 110(220) кВ

3 - понижающие трансформаторы 110 (220)/10 кВ

4 - преобразовательные трансформаторы 10/3,3 кВ

5 - выпрямительные агрегаты

6 - сохраняемая инфраструктура действующей подстанции постоянного тока

7 - блоки автономных инверторов напряжения

8 - повышающие однофазные трансформаторы -

9 - ЗРУ-27,5 кВ

10 - устройство, дополняющее сохраненную инфраструктуру подстанции

11 - контактная сеть первого пути

12 - контактная сеть второго пути

13 - рельсы

14 - изолирующее сопряжение контактной сети

Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемый способ перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный однофазный ток 27,5 кВ заключается в предварительном выпрямлении трехфазного переменного тока и последующем его преобразовании с помощью автономного инвертора напряжения в однофазный переменный ток для питания электроподвижного состава, отличается тем, что для выпрямления переменного трехфазного тока используют существующую инфраструктуру подстанций постоянного тока, начиная от вводов первичного питающего напряжения и до шин постоянного тока 3,3 кВ включительно.

Устройство работает следующим образом: напряжение от ОРУ - 110(220) кВ 2 поступает на вводы понижающих трансформаторов 3, где понижается до 10 кВ, вторичные обмотки понижающих трансформаторов подключены к первичным обмоткам преобразовательных трансформаторов 4, где напряжение понижается до 3,3 кВ;

полученное напряжение подается на вводы выпрямительных агрегатов 5, где преобразуется в постоянное напряжение 3,3 кВ; полученное постоянное напряжение поступает на вводы автономных инверторов напряжения 7, где преобразуется в переменное однофазное напряжение с амплитудой 3,3 кВ; с выходов инверторов переменное напряжение поступает на вводы повышающих однофазных трансформаторов 8, где повышается до 27,5; напряжение 27,5 кВ поступает на вводы ЗРУ - 27,5 кВ 9, от которого питаются бывшие участки сети постоянного тока.

Устройство может быть выполнено с трансформацией трехфазного напряжения внешней питающей сети как в две ступени, так и в одну, в зависимости от схемы существующей подстанции постоянного тока.

Техническим результатом применения устройства являются: снижение расходов за счет отсутствия необходимости в демонтаже существующих тяговых подстанций постоянного тока и последующего строительства новых, исключение в необходимости устройства нейтральных вставок в контактной сети; полная симметрия загрузки фаз линии внешнего электроснабжения на всем протяжении, что снижает потери энергии; снижение потерь в контактной сети за счет уменьшения длин зон питания между подстанциями по сравнению с типовыми тяговыми подстанциями переменного тока 27,5 кВ.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

1. Фукс Н.Л. Перевод электротяги магистрального участка Зима - Слюдянка с постоянного тока 3,3 кВ на переменный 27,5 кВ. Железные дороги мира, 1997. - №2 - С.3-13.

2. А.М.Василянский, Р.Р.Мамошин, Г.Б.Якимов, Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц / Железные дороги мира, 2002. - №8 - С.40-45.

3. Бурков А.Т., Гришин Я.С. Симметрирующий трехфазно-однофазный преобразователь системы тягового электроснабжения переменного тока / Международное транспортное обозрение. Транс. Евразия, февраль 2001. - 7-8 С.

1. Способ перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный однофазный ток 27,5 кВ, заключающийся в предварительном выпрямлении трехфазного переменного тока и последующем его преобразовании с помощью автономного инвертора напряжения в однофазный переменный ток для питания электроподвижного состава, отличающийся тем, что перевод осуществляют при сохранении всего оборудования тяговой подстанции постоянного тока, начиная от распределительного устройства 110(220) кВ трехфазного переменного тока до выпрямителей и шин 3,3 кВ постоянного тока включительно, к которым подключают автономные однофазные инверторы напряжения, преобразующие выпрямленное напряжение 3,3 кВ в однофазное переменное напряжение 3,3/2кВ, которое с помощью однофазных трансформаторов повышают до уровня 27,5 кВ и через распределительное устройство и фидеры контактной сети подают контактную сеть бывших участков постоянного тока, изоляцию которой предварительно повышают до уровня, соответствующего рабочему напряжению 27,5 кВ.

2. Устройство для перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ на переменный ток 27,5 кВ, содержащее трехфазное распределительное устройство 110(220) кВ, к которому подключены понижающие трансформаторы 110(220)/10 кВ, вторичные обмотки понижающих трансформаторов подключены к первичным обмоткам преобразовательных трансформаторов, понижающих напряжение до 3,3 кВ, подводимое к выпрямительным агрегатам, преобразующим его в постоянное напряжение 3,3 кВ, отличающееся тем, что указанное напряжение 3,3 кВ подведено к вводам дополнительно введенных автономных однофазных инверторов напряжения, выходы которых подключены к однофазным трансформаторам, повышающим напряжение до уровня 27,5 кВ, которые через дополнительно установленное распределительное устройство и фидеры контактной сети подключены к участкам контактной сети, изоляция которых соответствует рабочему напряжению 27,5 кВ.