Трехступенчатая фильтрокомпенсирующая установка тяговой сети переменного тока

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение бросков тока и напряжения при коммутации секций фильтрокомпенсирующей установки (ФКУ), предназначенной для эффективного снижения потерь электроэнергии в тяговой сети и повышения пропускной способности при больших тяговых нагрузках. ФКУ тяговой сети переменного тока систем 25 и 2×25 кВ содержит главный выключатель, три последовательно соединенные секции ФКУ, в каждой из которых последовательно соединены конденсаторная батарея и реактор, в качестве коммутирующих выключателей рассматриваются два тиристорных ключа, шунтирующих первую и вторую секции ФКУ. В установку дополнительно введены цепочка из последовательно соединенных демпфирующего резистора и выключателя демпфирующего резистора, подключенная параллельно реактору третьей секции ФКУ, и блок управления с двумя входами и четырьмя выходами для включения-отключения тиристорных ключей, главного выключателя и выключателя демпфирующего резистора, датчик тока, соединенный последовательно с секциями ФКУ, и датчик напряжения шин ФКУ, выход которого подключен к первому входу блока управления, а выход датчика тока подключен ко второму входу блока управления. Первый выход блока управления подключен к управляющему входу главного выключателя, второй и третий выходы блока управления подключены к управляющим входам соответственно первого и второго тиристорных ключей, четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу выключателя демпфирующего резистора. Блок управления выполнен так, что при снижении действующего значения напряжения на шинах ФКУ в пределах от U1 до U2 первый тиристорный ключ шунтирует первую секцию ФКУ, а при дальнейшем снижении напряжения в пределах от U2 до U3 второй тиристорный ключ шунтирует вторую секцию ФКУ, причем момент замыкания каждого тиристорного ключа совпадает с моментом перехода мгновенного значения напряжения на конденсаторной батарее секции через нулевое значение, а перед замыканием тиристорного ключа в момент перехода тока через нулевое значение на короткое время включается выключатель демпфирующего резистора. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам электроснабжения железнодорожного транспорта, и в частности, к регулируемым фильтрокомпенсирующим установкам (ФКУ) тяговых сетей переменного тока систем 25 и 2×25 кВ.

Необходимость регулируемых установок поперечной емкостной компенсации в тяговых сетях переменного тока железных дорог, и в частности, фильтрокомпенсирующих установок (ФКУ), указана в [1, 2, 3]. Проблему регулируемых установок решают внедренные в тяговой сети двухступенчатые установки [4], [5] и плавно регулируемая установка СГРМ (статический генератор реактивной мощности), собранная на китайском оборудовании и представляющая по существу схему СТАТКОМа [2, 3].

В [4] предложено для регулирования мощности одну секцию ФКУ шунтировать тиристорным ключом, а в [5] для снижения бросков тока и напряжения при коммутации секций ФКУ предложено демпфирующий резистор включать параллельно реактору. Недостатки [4 и 5] - ограниченное число регулируемых ступеней (2 ступени), что снижает эффективность в части экономии электроэнергии и в недостаточной степени повышает пропускную способность участка железной дороги при больших нагрузках.

Недостаток СГРМ - высокая стоимость, повышенный расход электроэнергии и повышенные эксплуатационные затраты в связи с постоянно работающими мощными вентиляторами для охлаждения СГРМ [3]. Поэтому в [1, 2, 3] указывается целесообразность применения для тяговых сетей не плавно регулируемых, а ступенчатых регулируемых установок. По технико-экономическим соображениям

в [1, 2, 3, 6, 7] подтверждается необходимость малого числа ступеней регулирования ФКУ, а в [7] уточняется: «… регулируемые батареи, устанавливаемые с целью … снижения потерь мощности, не должны иметь более трех ступеней мощности». В [8] предложен вариант трехступенчатой ФКУ, который решает проблемы повышения пропускной способности и снижения потерь электроэнергии в тяговой сети. Поэтому далее предлагается в качестве прототипа вариант трехступенчатой однофазной регулируемой ФКУ [8], в дальнейшей разработке которой применены идеи [5, 6].Ступени мощности ФКУ формируются за счет коммутации отдельных секций.

Итак, рассматривается: трехступенчатая фильтрокомпенсирующая установка (ФКУ) тяговой сети переменного тока систем 25 и 2×25 кВ, содержащая главный выключатель, три последовательно соединенные секции ФКУ, в каждой из которых последовательно соединены конденсаторная батарея и реактор, в качестве коммутирующих выключателей рассматриваются два тиристорных ключа, шунтирующих первую и вторую секции ФКУ.

Недостаток прототипа - повышенные значения бросков тока и напряжения при переключении ступеней мощности ФКУ.

Цель изобретения - снижение бросков тока и напряжения при коммутации секций ФКУ, предназначенной для эффективного снижения потерь электроэнергии в тяговой сети и повышения пропускной способности при больших тяговых нагрузках.

Для реализации цели изобретения дополнительно введены цепочка из последовательно соединенных демпфирующего резистора и выключателя демпфирующего резистора, подключенная параллельно реактору третьей секции ФКУ, и блок управления с двумя входами и четырьмя выходами для включения-отключения тиристорных ключей, главного выключателя и выключателя демпфирующего резистора, датчик тока, соединенный последовательно с секциями ФКУ, и датчик напряжения шин ФКУ, выход которого подключен к первому входу блока управления, а выход датчика тока подключен ко второму входу блока управления, первый выход блока управления

подключен к управляющему входу главного выключателя, второй и третий выходы блока управления подключены к управляющим входам соответственно первого и второго тиристорных ключей, четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу выключателя демпфирующего резистора, при этом блок управления выполнен так, что при снижении действующего значения напряжения на шинах ФКУ в пределах от U1 до U2 первый тиристорный ключ шунтирует первую секцию ФКУ, а при дальнейшем снижении напряжения в пределах от U2 до U3 второй тиристорный ключ шунтирует вторую секцию ФКУ, причем момент замыкания каждого тиристорного ключа совпадает с моментом перехода мгновенного значения напряжения на конденсаторной батарее секции через нулевое значение, а перед замыканием тиристорного ключа в момент перехода тока через нулевое значение на короткое время включается выключатель демпфирующего резистора.

При переключении эффективно снижаются броски тока и напряжения за счет следующих технических решений:

1. Тиристорный ключ включается при переходе мгновенного значения напряжения на конденсаторах через нуль, что обеспечивает снижение бросков тока и напряжения.

2. Тиристорный ключ подключен параллельно цепи LC, и поэтому нет необходимости в дополнительном демпфировании переходного процесса в шунтируемой секции, как это сделано, например в [9].

3. Однако, для снижения бросков тока и напряжения в других, не шунтируемых секциях кратковременно вводится демпфирующий резистор [10].

4. Демпфирующий резистор включен параллельно реактору, и при его отключении автоматически разрывается ток резистора в нуле, что также снижает перенапряжения.

Схема изобретения представлена на рис. 1, где введены следующие обозначения:

1 - шина 27,5 кВ ФКУ;

2 - главный выключатель 27,5 кВ ФКУ;

3 - конденсаторная батарея 1-ой секции;

4 - реактор 1-ой секции;

5 - конденсаторная батарея 2-ой секции;

6 - реактор 2-ой секции;

7 - конденсаторная батарея 3-ей секции;

8 - реактор 3-ей секции;

9 - тиристорный ключ 1-ой секции;

10 - тиристорный ключ 2-ой секции;

11 - выключатель демпфирующего резистора;

12 - демпфирующий резистор;

13 - датчик тока;

14 - блок управления;

15 - датчик напряжения;

16 - рельс;

17 - соединение выхода датчика напряжения с первым входом блока управления;

18 - соединение выхода датчика тока со вторым входом блока управления,

19 - соединение первого выхода блока управления с входом главного выключателя;

20 - соединение второго выхода блока управления с управляющим входом первого тиристорного ключа;

21 - соединение третьего выхода блока управления с управляющим входом второго тиристорного ключа;

22 - соединение четвертого выхода блока управления с входом выключателя резистора.

Поясним работу устройства. Пуск ФКУ происходит включением выключателя 11 резистора 12, далее включается главный выключатель 2 и затем отключается выключатель 11 резистора 12. В результате ФКУ включается

тремя секциями, то есть последовательно включены все конденсаторные батареи 3, 5, 7 и реакторы 4, 6, 8. При снижении напряжения на шинах ФКУ 1 до U1-U2 (принимаем U1=25 кВ, U2=23 кВ, для реальных участков уточняется), что контролируется датчиком напряжения 15, выполненным трансформатором напряжения ЗНОМ - 27,5 кВ от блока управления 14 по выходу 20 подается команда на включение тиристорного ключа 9 первой секции ФКУ, в результате происходит шунтирование первой секции ФКУ 3-4. Тиристорный ключ выполнен биполярным, и его управление подобно схеме в [1, рис. 82], при этом момент его включения соответствует моменту перехода кривой напряжения на конденсаторной батарее первой секции через нуль. Поскольку конденсаторы и реакторы всех секций соединены последовательно и секции настроены на одну и ту же частоту, то напряжения на конденсаторах всех последовательно включенных секций совпадают по фазе. Поэтому с погрешностью не более 1-2% с целью упрощения задачи измерения указанную кривую напряжения на конденсаторе секции можно заменить на кривую напряжения шин ФКУ, что контролируется датчиком 15. При дальнейшем снижении напряжения шин ФКУ до U2-U3 (принимаем согласно нормативным документам предельно допустимое U3=21 кВ) по аналогии подается команда на включение тиристорного ключа второй секции ФКУ. В результате снижается емкостное сопротивление ФКУ до сопротивления третьей секции, увеличивается емкостной ток генерации и мощность ФКУ. Повышается напряжение на шинах ФКУ, а значит, и в контактной сети, что обеспечивает заданную пропускную способность рассматриваемого участка тяговой сети.

При снижении тяговой нагрузки и повышении напряжения в контактной сети, то есть при повышении напряжения U1, U2, U3 тиристорные ключи первой и второй секций отключаются, то есть расшунтируют первую и вторую секции ФКУ. Для отключения тиристорных ключей достаточно снять напряжение с управляющих электродов тиристоров. В результате сопротивление ФКУ увеличивается и ее мощность снижается.

В моменты включения и отключения тиристорных ключей для снижения бросков тока и напряжения следует на время коммутации кратковременно (на 1 с) вводить в работу демпфирующий резистор 12. Преимущество включения резистора параллельно реактору состоит в том, что его отключение происходит автоматически в нуль тока, что способствует снижению бросков тока и напряжения.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется повышенной надежностью ФКУ за счет снижения бросков тока и напряжения при коммутации ступеней мощности ФКУ и, тем самым, повышением пропускной способности и снижением потерь электроэнергии.

Литература:

1. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с.

2. Герман Л.А., Серебряков А.С., Дулепов Д.Е. Фильтрокомпенсирующие установки в системах тягового электроснабжения железных дорог: монография. - Княгинино: НГИЭУ, 2017, 402 с.

3. Герман Л.А. Эффективность регулируемых малоступенчатых фильтрокомпенсирующих установок в тяговой сети переменного тока. Вестник ВНИИЖТ №5 - 2018, с. 288-294

4. Патент на изобретение №2459335. Устройство автоматического регулирования компенсации реактивной мощности. (Васильев С.Н., Гончаренко В.П. и др).

5. Патент на изобретение №26563689 Установка ступенчатой поперечной емкостной компенсации. (Герман Л.А., Серебряков А.С.и др.)

6. Герман Л.А. Уменьшение потерь энергии батареями поперечно-емкостной компенсации, расположенными в тяговой сети. Выпуск МИИТ №302 «Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог». М.: Транспорт - 1969. С. 69-82.

7. Каялов Г.М., Ковалев И.Н. Расчет компенсации реактивных нагрузок регулируемыми конденсаторными батареями // Электричество - 1971 №8, с. 19-25.

8. Заявка на полезную модель №2018123091 от 25.06.2018. Положит решение от 09.11.2018. Трехступенчатая фильтрокомпенсирующая установка тяговой сети переменного тока (Герман Л.А.)

9. Патент на изобретение №2475912 Устройство переключаемой однофазной поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока (Серебряков А.С., Герман Л.А. и др.)

10. Серебряков А.С., Герман Л.А., Осокин В.Л. Исследование динамических режимов переключаемой фильтрокомпенсирующей установки. ЭЭТ №1 - 2019

Трехступенчатая фильтрокомпенсирующая установка (ФКУ) тяговой сети переменного тока систем 25 и 2×25 кВ, содержащая главный выключатель, три последовательно соединенные секции ФКУ, в каждой из которых последовательно соединены конденсаторная батарея и реактор, в качестве коммутирующих выключателей рассматриваются два тиристорных ключа, шунтирующих первую и вторую секции ФКУ, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены цепочка из последовательно соединенных демпфирующего резистора и выключателя демпфирующего резистора, подключенная параллельно реактору третьей секции ФКУ, и блок управления с двумя входами и четырьмя выходами для включения-отключения тиристорных ключей, главного выключателя и выключателя демпфирующего резистора, датчик тока, соединенный последовательно с секциями ФКУ, и датчик напряжения шин ФКУ, выход которого подключен к первому входу блока управления, а выход датчика тока подключен ко второму входу блока управления, первый выход блока управления подключен к управляющему входу главного выключателя, второй и третий выходы блока управления подключены к управляющим входам соответственно первого и второго тиристорных ключей, четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу выключателя демпфирующего резистора, при этом блок управления выполнен так, что при снижении действующего значения напряжения на шинах ФКУ в пределах от U1 до U2 первый тиристорный ключ шунтирует первую секцию ФКУ, а при дальнейшем снижении напряжения в пределах от U2 до U3 второй тиристорный ключ шунтирует вторую секцию ФКУ, причем момент замыкания каждого тиристорного ключа совпадает с моментом перехода мгновенного значения напряжения на конденсаторной батарее секции через нулевое значение, а перед замыканием тиристорного ключа в момент перехода тока через нулевое значение на короткое время включается выключатель демпфирующего резистора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроэнергетики. Технический результат – снижение потерь при компенсации в сети с перекосом потребления реактивной мощности по фазам.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конденсаторным установкам с дискретным регулированием, предназначенным для поперечной компенсации реактивной мощности в тяговых сетях переменного тока электрифицированных железных дорог.

Изобретение относится к электротехнике и используется в электроэнергетических системах. Реакторы (5) служат для стабилизации напряжения сети (1) и управляются изменением тока возбудителей (6).

Изобретение относится к области электротехники. Раскрывается сущность подходящего для двухцепных линий устройства продольной компенсации.

Изобретение относится к области электротехники. Раскрывается сущность подходящего для двухцепных линий устройства продольной компенсации.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в обеспечении гибкости компенсации потерь на реактивную мощность при переменной индуктивной нагрузке.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для снижения потерь электрической энергии в трехфазных четырехпроводных сетях низкого напряжения с неравномерной и/или несимметричной нагрузкой и увеличения пропускной способности данных сетей.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - предотвращение обледенения проводов линии электропередач с использованием компенсаторов реактивной мощности и мощности искажений без отключения потребителей электроэнергии.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики. Реактор содержит одну тиристорную группу 1, подключенную к выводам одной трехфазной обмотки 3, а вторая тиристорная группа 2 подключена к выводам второй трехфазной обмотки 4, сдвинутой по отношению к первой на 30 электроградусов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение уровня необратимых потерь электроэнергии, уменьшение массогабаритов, повышение коэффициента мощности и снижение коэффициентов гармонических составляющих напряжения электрической сети.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к блоку (1) силового конденсатора для применений в условиях высокого давления, например в подводных условиях.

Группа изобретений относится к электрической тяговой системе транспортного средства с питанием от собственных источников энергоснабжения. Подсистема аккумулирования энергии содержит металлический корпус, систему аккумулирования электроэнергии и электрические защитные устройства.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности за счет уменьшения токовых нагрузок на питающий источник напряжения переменного тока и на конденсатор нагрузки как при включении устройства, так и в режимах перегрузки устройства по его выходу.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах для ограничения тока заряда конденсатора нагрузки, применяемых, в частности, для фильтрации выходного напряжения источника, предназначенного для питания различных потребителей постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для фильтрации выходного напряжения источника, предназначенного для питания различных потребителей постоянного тока.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности и точности обнаружения неисправностей.

Устройство для защиты конденсаторной батареи с заземленной нейтралью от внутренних повреждений содержит микропроцессорное устройство, обрабатывающее цифровые значения токов небаланса, токов, измеренных на вводе в батарею конденсаторов, напряжений, измеренных на шинах подстанции.

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам накопления электрической энергии на основе суперконденсаторов, и может быть использовано в альтернативных источниках энергии, например гибридных двигателях транспортных средств, ветряных и солнечных генераторах и др.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ. .

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. .
Наверх