RU2651382C2 - Method of power supply of traction network - Google Patents
Method of power supply of traction network Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651382C2 RU2651382C2 RU2016132168A RU2016132168A RU2651382C2 RU 2651382 C2 RU2651382 C2 RU 2651382C2 RU 2016132168 A RU2016132168 A RU 2016132168A RU 2016132168 A RU2016132168 A RU 2016132168A RU 2651382 C2 RU2651382 C2 RU 2651382C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- traction
- energy
- generator
- voltage
- power supply
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
- B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B7/00—Enclosed substations, e.g. compact substations
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится, в общем, к системам энергоснабжения тяговых сетей постоянного и переменного тока.The invention relates, in General, to power supply systems for traction networks of direct and alternating current.
Уровень техникиState of the art
Известные способы энергоснабжения электрифицированных железных дорог заключаются в том, что внешняя система энергоснабжения передает энергию на тяговые подстанции, энергию на тяговых подстанциях преобразуют, затем нормируют до нужного для тяговой сети вида и уровня напряжения, затем распределяют электрическую энергию по фидерам тяговой сети [Марквардт К.Г. «Электроснабжение электрифицированных железных дорог» Москва, Транспорт, 1982, рис. 1.2 с. 10.], а также [Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин А.Н., М.Г. Шалимов «Тяговые подстанции». - М.: Транспорт, 1986. - рис. 8 с. 16]. Внешняя система электроснабжения получает энергию от крупных электростанций.Known methods of power supply for electrified railways are that an external power supply system transfers energy to traction substations, converts energy at traction substations, then normalizes it to the type and level of voltage necessary for the traction network, then distributes electric energy to the feeders of the traction network [K. Marquardt G. "Power supply of electrified railways" Moscow, Transport, 1982, fig. 1.2
Электрифицированные железные дороги при этом способе получают электроэнергию от сетей общего назначения и отрицательно влияют на показатели качества энергии в этих сетях. Это искажения синусоидальной формы кривых токов в тяговых сетях постоянного и переменного тока, кроме того, на железных дорогах, электрифицированных на переменном токе, - на появления несимметрии напряжений по обратной последовательности. Это вызвано тем, что тяговые сети переменного тока являются однофазными, так как тяговая сеть образуется парой проводов: контактная сеть - ходовой рельс, а сети общего назначения - трехфазными. Для уменьшения несимметрии фидерные зоны слева и справа от подстанции питаются от разных фаз тягового трансформатора. Это вынуждает включать нейтральные вставки между контактными проводами с разными фазами.Electrified railways in this method receive electricity from general-purpose networks and adversely affect energy quality indicators in these networks. These are distortions of the sinusoidal shape of the curved currents in traction networks of direct and alternating current, in addition, on railways electrified with alternating current, on the appearance of voltage asymmetry in the reverse sequence. This is because traction AC networks are single-phase, since the traction network is formed by a pair of wires: the contact network is a running rail, and general-purpose networks are three-phase. To reduce the asymmetry, the feeder zones to the left and to the right of the substation are fed from different phases of the traction transformer. This forces the inclusion of neutral inserts between the contact wires with different phases.
Имеются также значительные потери энергии во внешних распределительных сетях, ввиду удаленности тяговой сети от мощных электростанций энергосистемы.There are also significant energy losses in external distribution networks, due to the remoteness of the traction network from the powerful power plants of the power system.
Известен способ энергоснабжения тяговой сети [Василянский А.М., Мамошин Р.Р., Якимов Г.Б. «Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц» Железные дороги мира, 2002, №8, с. 40-46]. В этом способе электроснабжения напряжение внешней трехфазной линии электропередач преобразуют в однофазное напряжение с помощью специального симметрирующего трансформатора и подают на внутреннюю двухпроводную линию электропередач повышенного напряжения 93,9 кВ, от которой получают питание тяговые подстанции, питающие тяговую сеть.A known method of power supply to the traction network [Vasilyansky AM, Mamoshin RR, Yakimov GB “Improving the traction power supply system of railways electrified with alternating current 27.5 kV, 50 Hz” Railways of the world, 2002, No. 8, p. 40-46]. In this method of power supply, the voltage of an external three-phase power line is converted into a single-phase voltage using a special balancing transformer and fed to an internal two-wire power line of increased voltage of 93.9 kV, from which traction substations supplying the traction network are supplied.
Недостатком этого способа является наличие специального высоковольтного оборудования опорных подстанций со сложными симметрирующими трансформаторами и специальным распределительным устройством, необходимость применения специальной высоковольтной однофазной двухпроводной линии 93,9 кВ для непосредственного питания тяговых подстанций и отсутствие источника для питания трехфазных районных нетяговых потребителей на тяговых подстанций.The disadvantage of this method is the presence of special high-voltage equipment of supporting substations with complex balancing transformers and a special switchgear, the need to use a special high-voltage single-phase two-wire line of 93.9 kV for direct power supply of traction substations and the absence of a source for supplying three-phase district non-traction consumers to traction substations.
Известен способ энергоснабжения [Бурков А.Т., Гришин Я.С. «Преобразовательное устройство» патент РФ 2206949]. В этом способе электроснабжения напряжение первичной внешней трехфазной линии электропередач преобразуют в однофазное напряжение с помощью специальных инверторов и подают на специальную высоковольтную однофазную двухпроводную линию электропередач 110 кВ, от которой могут получать питание тяговые сети.A known method of energy supply [Burkov AT, Grishin Ya.S. "Converter device" RF patent 2206949]. In this method of power supply, the voltage of the primary external three-phase power line is converted into a single-phase voltage using special inverters and fed to a special high-voltage single-phase two-wire power line of 110 kV, from which traction networks can be powered.
В этом способе нет влияния на качество электрической энергии в сетях общего назначения, за счет использования инверторов. Недостатком этого способа является наличие высоковольтного оборудования, необходимость применения специальной высоковольтной однофазной двухпроводной линии для непосредственного питания тяговых подстанций, отсутствие источника для питания трехфазных районных нетяговых потребителей на тяговых подстанций.In this method, there is no effect on the quality of electric energy in general-purpose networks, due to the use of inverters. The disadvantage of this method is the presence of high-voltage equipment, the need to use a special high-voltage single-phase two-wire line for direct power supply of traction substations, the absence of a source for supplying three-phase district non-traction consumers at traction substations.
Известен способ энергоснабжения тяговой сети [Марквардт, К.Г. «Электроснабжение электрифицированных железных дорог» - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - рис. 1.5. с. 11]. В этом способе электроснабжения напряжение первичной внешней трехфазной линии электропередач преобразуется в однофазное напряжение с помощью специальных мотор-генераторов и подается на специальную высоковольтную двухпроводную линию электропередач 110 кВ 16 2/3 Гц, от которой получают питание тяговые подстанции, питающие тяговую сеть.A known method of power supply to the traction network [Marquardt, K.G. "Power supply of electrified railways" - Ed. 4th, rev. and add. - M.: Transport, 1982. - Fig. 1.5. from. eleven]. In this method of power supply, the voltage of the primary external three-phase power line is converted into single-phase voltage using special motor generators and fed to a special high-voltage two-wire power line 110 kV 16 2/3 Hz, from which traction substations supplying the traction network are supplied.
Недостатком этой схемы также является ее сложность, а именно сооружения специальных преобразовательных (мотор-генераторных) подстанций, и необходимость применения специальной высоковольтной однофазной двухпроводной линии для непосредственного питания тяговых подстанций, отсутствие источника для питания трехфазных районных нетяговых потребителей на тяговых подстанциях.The disadvantage of this scheme is its complexity, namely, the construction of special converter (motor-generator) substations, and the need to use a special high-voltage single-phase two-wire line for direct power supply of traction substations, the lack of a source for powering three-phase district non-traction consumers at traction substations.
Три последние способа сходны друг с другом, так как требуют специальной высоковольтной линии электропередач порядка 110 кВ.The last three methods are similar to each other, as they require a special high-voltage power line of the order of 110 kV.
Термины для удобства изложенияTerms for ease of presentation
Далее будем использовать термин тяговая станция, обобщая им термины тяговая подстанция и тяговая электростанция, которые питают или могут питать электроэнергией тяговую сеть. На станциях преобразовывают какие-либо параметры энергии или ее вид, затем ее распределяют.Further we will use the term traction station, summarizing the terms traction substation and traction power station, which supply or can supply electricity to the traction network. At the stations, any parameters of the energy or its type are converted, then it is distributed.
Под термином энергоснабжение в контексте описания предлагаемого способа понимается снабжение любым видом энергии, включая снабжение жидким или газообразным топливом, используемым для получения энергии в виде, удобном для трансформации и конечного использования.The term energy supply in the context of the description of the proposed method refers to the supply of any type of energy, including the supply of liquid or gaseous fuel used to produce energy in a form convenient for transformation and end use.
ПрототипPrototype
Наиболее близким к предлагаемому является способ энергоснабжения тяговой сети электрифицированных железных дорог [Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин А.Н., М.Г. Шалимов «Тяговые подстанции». - М.: Транспорт, 1986. - рис. 9 с. 17], принятый за прототип.Closest to the proposed one is a method of power supply to the traction network of electrified railways [Bei Yu.M., Mamoshin P.P., Pupynin AN, MG Shalimov "Traction substations." - M.: Transport, 1986. - Fig. 9 sec 17], adopted for the prototype.
В этом способе энергоснабжения внешняя система энергоснабжения передает энергию на тяговые станции, энергию на входе тяговой станции контролируют, затем преобразуют и нормируют до нужного для тяговой сети вида и уровня напряжения, затем распределяет электрическую энергию по фидерам тяговой сети.In this method of power supply, an external power supply system transfers energy to the traction stations, the energy at the inlet of the traction station is controlled, then it is converted and normalized to the type and level of voltage necessary for the traction network, then it distributes electric energy to the feeders of the traction network.
Внешняя система энергоснабжения представлена трехфазной линией электропередачи, с напряжением 10, 20 или 35 кВ преимущественно для тяговой сети постоянного тока, 110 или 220 кВ преимущественно для тяговой сети переменного тока, от которой непосредственно питаются тяговые подстанции. Контролирование заключается в выборе источника энергии, если их несколько и преобразованию на тяговых станциях подвергаются величина напряжения и вид тока (при тяговой сети постоянного тока трехфазный переменный ток преобразуют в постоянный ток, а при тяговой сети переменного тока трехфазный ток преобразуют в однофазный для отдельного фидера тяговой сети).An external power supply system is represented by a three-phase power line, with a voltage of 10, 20 or 35 kV, mainly for a direct current traction network, 110 or 220 kV, mainly for an alternating current traction network, from which traction substations are directly fed. The control consists in choosing an energy source, if there are several of them and the voltage value and type of current are converted at the traction stations (with a traction DC network, three-phase alternating current is converted to direct current, and with a traction AC network, three-phase current is converted into single-phase for a separate traction feeder network).
Способ энергоснабжения по прототипу обладает общим недостатком всех аналогов - удаленностью тяговых подстанций от электростанций, питающих энергосистемы общего назначения, что вызывает большие потери энергии и ее удорожание. В прототипе форма потребляемого тока несинусоидальна, что вызывает ухудшение качества электроэнергии во внешней системе электроснабжения.The prototype energy supply method has a common drawback of all its analogues - the remoteness of traction substations from power plants supplying general-purpose power systems, which causes large losses of energy and its cost. In the prototype, the shape of the current consumption is non-sinusoidal, which causes a deterioration in the quality of electricity in an external power supply system.
При тяговых станциях для тяговых сетей переменного тока к недостаткам прибавляется несимметрия токов и напряжений во внешней линии электропередач. Возникает несимметрия и от рекуперации энергии однофазной тяговой нагрузкой, возвращаемой в трехфазную сеть. Возврат ее другим тяговым нагрузкам на фидеры с другой фазой питания невозможна. Для уменьшения несимметрии усложняются преобразования энергии на тяговых станциях, в тяговую сеть подаются напряжения от двух разных фаз, что приводит к усложнению схемы тяговых сетей. Для разделения напряжения разных фаз на смежных фидерах используют нейтральные вставки. Питание соседних фидерных зон производят от разных фаз, для уменьшения несимметрии. Это приводит к появлению в тяговой сети продольного секционирования в виде нейтральных вставок. В этих местах могут быть перерывы подачи электроэнергии на подвижной состав.When traction stations for traction AC networks, the asymmetry of currents and voltages in the external power line is added to the disadvantages. Asymmetry also arises from energy recovery by a single-phase traction load returned to a three-phase network. It is not possible to return it to other traction loads on feeders with a different supply phase. To reduce asymmetry, energy conversions at traction stations are complicated, voltages from two different phases are supplied to the traction network, which complicates the design of traction networks. To separate the voltage of different phases on adjacent feeders, neutral inserts are used. Power supply to adjacent feeder zones is carried out from different phases to reduce asymmetry. This leads to the appearance in the traction network of longitudinal sectioning in the form of neutral inserts. In these places there may be interruptions in the supply of electricity to the rolling stock.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков.The aim of the invention is to eliminate the above disadvantages.
Объектом изобретения является способ энергоснабжения тяговых сетей, внешняя система энергоснабжения передает энергию на тяговые станции, поступление энергии на тяговую станцию контролируют, затем преобразуют и нормируют до нужного для тяговой сети вида и уровня напряжения, затем распределяет электрическую энергию по фидерам тяговой сети.The object of the invention is a method for supplying power to traction networks, an external power supply system transfers energy to traction stations, the energy supply to the traction station is monitored, then it is converted and normalized to the type and level of voltage necessary for the traction network, then it distributes electric energy to the feeders of the traction network.
В соответствии с изобретением внешняя система энергоснабжения выполнена в виде трубопроводной системы, по которой энергия передается в виде углеводородного топлива, преимущественно, в виде газа, на тяговых станциях преобразуют энергию углеводородного топлива в электрическую энергию с помощью двигателя и генератора, выработку электроэнергии генераторами тяговых станций осуществляют синхронизированно по фазам, причем не только в рамках данной тяговой станции, но и с фазами напряжения генераторов соседних тяговых станций, хотя бы с одной стороны. Далее преобразования энергии происходят в двух вариантах, определяемых видом тяговой сети, но объединенных общим назначением.In accordance with the invention, the external power supply system is made in the form of a piping system through which energy is transmitted in the form of hydrocarbon fuel, mainly in the form of gas, at traction stations, the energy of hydrocarbon fuel is converted into electrical energy by means of an engine and a generator, power generation by generators of traction stations is carried out synchronized in phases, and not only within the framework of this traction station, but also with the voltage phases of the generators of neighboring traction stations, at least with one oh side. Further, energy conversions occur in two versions, determined by the type of traction network, but united by a general purpose.
Для тяговых станций переменного тока нормирование вида напряжения по числу фаз производится путем выполнения генератора однофазным, по величине напряжения осуществляют путем разбивки этого вида нормирования между генератором и автотрансформатором или трансформатором, включенными после генератора. Для тяговых сетей переменного тока вида 2×25 кВ нормирование напряжения по числу фаз дополняют трансформированием напряжения генератора в два выходных напряжения встречно друг другу с помощью трансформатора.For AC traction stations, the type of voltage is normalized by the number of phases by making the generator single-phase, by the magnitude of the voltage, this standardization is broken down between the generator and the autotransformer or transformer connected after the generator. For traction AC networks of the
Для тяговой сети постоянного тока нормирование вида напряжения, как постоянного напряжения, производят выполнением генератора многофазным, преимущественно трехфазным, с подбором напряжения обмоток генератора по правилам, известным для преобразовательных трансформаторов и дальнейшего преобразования вида тока в соответствующих преобразователях, например в выпрямителях. Вид постоянного тока по числу пульсаций задают путем выполнения генератора с необходимым числом обмоток и схемы их соединения по правилам, известным для преобразовательных трансформаторов.For a DC traction network, normalization of the type of voltage as a constant voltage is carried out by performing a generator multiphase, mainly three-phase, with the selection of the voltage of the generator windings according to the rules known for converter transformers and further converting the type of current in the respective converters, for example, rectifiers. The type of direct current according to the number of ripples is set by running a generator with the required number of windings and their connection schemes according to the rules known for converter transformers.
В случае тяговых сетей повышенного постоянного напряжения, например 16 кВ и более, нормирование величины выходного напряжения дополнительно производят выбором величины коэффициента трансформации повышающих трансформатора или автотрансформатора, до нормирования вида тока.In the case of traction networks of increased direct voltage, for example 16 kV or more, the output voltage is normalized by selecting the value of the transformation coefficient of the step-up transformer or autotransformer, before normalizing the type of current.
В обоих вариантах выполнения способа генераторы обладают совмещенными функциями, кроме основной функции - генерирование электрической энергии, имеют дополнительную функцию - нормирование вида тока и величины напряжения тяговой сети.In both variants of the method, the generators have combined functions, in addition to the main function - generating electric energy, have an additional function - normalizing the type of current and the voltage of the traction network.
Для повышения надежности электроснабжения на тяговой станции создают запас углеводородного сырья, предпочтительно в жидком виде. В этом случае двигатели выполняют с переключением режимов использования топлива: газообразного или жидкого.To increase the reliability of power supply at the traction station, a stock of hydrocarbon raw materials is created, preferably in liquid form. In this case, the engines perform with switching modes of fuel use: gaseous or liquid.
Для повышения коэффициента полезного действия преобразования энергии, заключенной в поступающем углеводородном топливе, на тяговой станции могут производить когенерацию энергии высокотемпературных отходящих газов двигателя. Энергию когенерации используют для получения электроэнергии с помощью дополнительного генератора или для отопления жилых поселков или производственных помещений, находящихся поблизости от тяговой станции.In order to increase the efficiency of energy conversion contained in the incoming hydrocarbon fuel, the energy of high-temperature engine exhaust gases can be cogenerated at the traction station. Cogeneration energy is used to generate electricity using an additional generator or for heating residential villages or industrial premises located near the traction station.
Тяговая станция должна обеспечивать электропитанием и нетяговых потребителей. Для этого предусматриваются варианты питания как от своего генератора, так и с помощью инверторов. Конкретное выполнение зависит от требуемой мощности питания. Генератор может получать механическую энергию от своего двигателя или от двигателя для тяги. При сравнительно небольшой мощности нетяговой нагрузки можно использовать инвертор. Инвертор может быть подключен к напряжению как переменного тока, так к постоянному току на станциях для тяговой сети постоянного тока. В последнем случае это может схемно упростить инвертор.The traction station must provide power to non-traction consumers. For this, power options are provided both from their generator, and using inverters. The specific implementation depends on the required power supply. The generator can receive mechanical energy from its engine or from the engine for traction. With a relatively small power of non-traction load, an inverter can be used. The inverter can be connected to an alternating current voltage as well as to direct current at stations for a direct current traction network. In the latter case, this can schematically simplify the inverter.
Для снятия пиковой мощности с генератора может быть использован быстродействующий накопитель энергии.To remove peak power from the generator, a high-speed energy storage device can be used.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлены первичная трубопроводная сеть 1, снабжающая углеводородным топливом тяговую станцию 2, питающую тяговую сеть 3. Тяговая станция содержит входной распределительный блок 4, выполняющий контроль входных потоков топлива, преобразовательный блок 5, выходной распределительный блок 6, осуществляющий распределение электрической энергии по фидерам тяговой сети 3. Структура построения тяговой станции на всех чертежах одинакова.In FIG. 1 shows a
На фиг. 2 слева представлена структура преобразовательного блока 4. Он содержит двигатель 7, к выходному валу которого подключен электрический генератор 8. К выходу генератора подключен нормализующий блок 9. Его выход является выходом преобразовательного блока 5.In FIG. 2 on the left is the structure of the
На фиг. 2 справа представлен вариант исполнения тяговой станции, к которой добавлен резервуар 10 с запасом углеводородного сырья, преимущественно в жидком виде. В этом случае двигатель выполняют с переключением вида входного топлива: газообразного или жидкого. Может быть добавлен блок когенерации 11, предназначенный для использования энергии отходящих горячих газов от двигателя 7. В примере на выходе блока когенерации установлен трехфазный двигатель для питания собственных станции и нетяговых потребителей.In FIG. 2, on the right, an embodiment of a traction station is presented, to which a
На фиг. 3 представлен вариант выполнения тяговой станции с питанием нетяговых потребителей от генератора 12, подключенного к выходу двигателя 7. Это подключение можно реализовать, например, подключив вал генератора 12 к валу двигателя с другой стороны от генератора 8 или же непосредственно к валу генератора 8. В этих примерах передача энергии в механическом виде на генератор 12 идет от двигателя 7. Дополнительным элементом может быть накопитель энергии 13. На этом чертеже он подключен к выходу нормализующего блока 9.In FIG. Figure 3 shows an embodiment of a traction station powered by non-traction consumers from a
На фиг. 4 представлен еще один пример получения питания для нетяговых потребителей с использованием инвертора 14. Инвертор в показанном примере получает энергию с выхода генератора 8. В зависимости от вида тока в тяговой сети, если это будет постоянный ток, инвертор может быть подключен к выходу нормализующего блока 9.In FIG. 4 shows another example of obtaining power for non-traction consumers using an
На фиг. 5 показан пример выполнения нормализующего блока 9 для тяговой станции, питающей тяговую сеть переменного тока, в виде автотрансформатора. Он может быть выполнен и в виде трансформатора.In FIG. 5 shows an example of a normalizing
На фиг. 6 показан пример выполнения нормализующего блока 9 для тяговой станции, питающей тяговую сеть переменного тока, выполненной по системе 2×25 кВ. В этом случае нормализующий блок выдает нормальные напряжения для этой системы, сдвинутые по фазе по отношению друг к другу на 180°.In FIG. Figure 6 shows an example of a normalizing
На фиг. 7 показан пример выполнения нормализующего блока 9 для тяговой станции, питающей тяговую сеть постоянного тока. В этом случае нормализующий блок представляет собой, например, выпрямитель.In FIG. 7 shows an example of a normalizing
На фиг. 8 показан пример выполнения нормализующего блока 9 для тяговой станции, питающей тяговую сеть постоянного тока с повышенным напряжением. Под повышенным напряжением понимается напряжение, большее 12 кВ, постоянного тока. В этом случае нормализующий блок представляет собой последовательно соединенные повышающий автотрансформатор или трансформатор 15 и затем преобразователь вида тока, например выпрямитель.In FIG. 8 shows an example of a normalizing
На чертежах буквами «нп» отмечен провод, питающий нетяговые потребители, буквами «р» отмечен провод, подключаемый к рельсу, буквами «кс» отмечен провод, подключаемый к контактной сети, буквой «п» отмечен провод, подключаемый к питающему проводу системы 2×25 кВ.In the drawings, the letters “np” indicate the wire supplying non-traction consumers, the letters “p” indicate the wire that is connected to the rail, the letters “ks” indicate the wire that is connected to the contact network, the letter “p” indicates the wire that is connected to the supply wire of the 2 × system 25 kV.
На фиг. 9 показан примерный план расположения блоков тяговой станции. Входной распределительный блок может представлять собой газораспределительное устройство, ГРУ. Преобразовательный блок основан на ГТУ - газотурбинной установке и генераторе. Число комплектов ГТУ-генератор может быть несколько, в зависимости от мощности тяговой станции и необходимой степени резервирования, один и больше. Выходной распределительный блок 6 представляет собой распределительное устройство с напряжением тяговой сети, а также распределительное устройство с напряжением для нетяговых потребителей.In FIG. 9 shows an exemplary arrangement of traction station blocks. The input distribution block may be a gas distribution device, GRU. The conversion unit is based on a gas turbine unit - gas turbine unit and generator. The number of sets of a gas turbine generator can be several, depending on the power of the traction station and the required degree of redundancy, one or more. The
На фиг. 1-4 вверху показаны возможные варианты подключения тяговой станции к первичной трубопроводной сети 1. На фиг. 1-2 подключение произведено в рассечку трубопроводной линии, на фиг. 3 - подключение без захода трубопроводной линии на тяговую станцию, на фиг. 5 - подключение к двум трубопроводным линии.In FIG. 1-4, the top shows possible options for connecting the traction station to the
Описание предпочтительных воплощенийDescription of preferred embodiments
Способ реализуется следующим образом. Входное распределительное устройство 4 реализует функцию выбора входного источника энергии, если их несколько, и выбор подключаемого к энергии комплекта двигатель-генератор. Он также может отключить этот комплект от источника энергии, например, для производства профилактических работ. Эти виды действий аналогичны действиям, выполняемым у прототипа.The method is implemented as follows. The
Далее происходит преобразование энергии в блоке 5, которая заключена в топливе, в тепловую и механическую энергию, с помощью двигателя. Затем в генераторе происходит превращение механической энергии в электрическую энергию.Next, the energy is converted in
Причем все генераторы на данной тяговой станции, если их число больше одного, работают синхронно между собой и синхронно с генераторами соседних тяговых станций, хотя бы с одной стороны. Это исключает уравнительные токи внутри тяговой станции и существенно уменьшает уравнительные между подстанциями при параллельном питании фидерных зон от двух тяговых станций. Генерация только однофазного напряжения для тяги, одновременно с синхронизацией работы генераторов по фазе, делает ненужным использование нейтральных вставок в тяговой сети переменного тока. Тем самым исключает непредвиденные остановки подвижного состава из-за наличия этих нейтральных вставок, как у прототипа. Кроме того, их отсутствие упрощает тяговую сеть. С одной из сторон может быть нейтральная вставка, в случае, если данная тяговая станция находится в конце предлагаемой системы электроснабжения и поэтому граничит с системой электроснабжения по прототипу.Moreover, all generators at a given traction station, if their number is more than one, work synchronously with each other and synchronously with the generators of neighboring traction stations, at least on one side. This eliminates equalizing currents inside the traction station and significantly reduces the equalization currents between substations with parallel feeding of feeder zones from two traction stations. The generation of only a single-phase voltage for traction, while synchronizing the operation of the generators in phase, makes it unnecessary to use neutral inserts in the AC traction network. This eliminates unexpected stops of the rolling stock due to the presence of these neutral inserts, as in the prototype. In addition, their absence simplifies the traction network. On one side there can be a neutral insert, if this traction station is located at the end of the proposed power supply system and therefore borders on the prototype power supply system.
Другой особенностью предлагаемого способа является нормализация величины напряжения и вида тока, в виде числа фаз непосредственно у генератора. Кроме функции генерирования у него появляется функция частичной нормализации параметров электрического тока как на тяговой станции для тяговой сети переменного тока, так и для тяговой сети постоянного тока. Оба варианта способа объединены общим замыслом.Another feature of the proposed method is the normalization of the voltage and type of current, in the form of the number of phases directly at the generator. In addition to the generation function, he has the function of partial normalization of electric current parameters both at the traction station for the traction AC network, and for the traction DC network. Both variants of the method are combined by a common concept.
Для тяговой станции переменного тока выбором однофазного генератора для тяги поездов исключаются какие-либо проблемы с несимметрией токов и напряжений для нетяговых потребителей. Тем более для сетей общего пользования, так как с ними нет никаких связей. Особенно это важно для районов, где слабо развито местное электропотребление и тяговая нагрузка будет соизмерима или больше районных нагрузок.For an AC traction station, the choice of a single-phase generator for train traction eliminates any problems with the asymmetry of currents and voltages for non-traction consumers. Especially for public networks, since there are no connections with them. This is especially important for areas where local power consumption is poorly developed and the traction load will be comparable to or greater than the regional loads.
Принято генераторы выполнять на напряжение не более 10 кВ, что недостаточно для питания тяговой сети переменного тока 27,5 кВ, поэтому дополнительная нормализация по величине напряжения производится применением повышающих автотрансформатора или трансформатора.It is customary to run generators at a voltage of not more than 10 kV, which is not enough to power a traction AC network of 27.5 kV, therefore, additional normalization by the voltage value is carried out using a step-up autotransformer or transformer.
На тяговых станциях для обоих видов тяговых сетей по предлагаемому способу отсутствует электрооборудование с напряжением выше напряжения тяговой сети, что существенно упрощает ее электрическую часть по сравнению с тяговой станцией по прототипу, у которой имеется большое число оборудования на напряжение 35, 110 или 220 кВ. Установленная мощность генератора тяговой станции для сети переменного тока по предлагаемому способу меньше, чем у тяговых понижающих трансформаторов аналогичных тяговых станций по прототипу, которые выполняются трехфазно-двухфазными. Оба этих обстоятельства значительно компенсируют усложнение тяговой станции по предлагаемому способу, вызванное наличием двигателя. Однофазный генератор как электрическая машина по предложенному способу почти компенсирует по сложности тяговый трансформатор по прототипу как электрической машины благодаря совмещению функций и меньшим числом обмоток.At traction stations for both types of traction networks according to the proposed method, there is no electrical equipment with a voltage higher than the voltage of the traction network, which greatly simplifies its electrical part compared to the traction station of the prototype, which has a large number of equipment for voltage of 35, 110 or 220 kV. The installed capacity of the generator of the traction station for an alternating current network according to the proposed method is less than that of traction step-down transformers of similar traction stations according to the prototype, which are three-phase-two-phase. Both of these circumstances significantly compensate for the complication of the traction station according to the proposed method, caused by the presence of an engine. The single-phase generator as an electric machine according to the proposed method almost compensates for the complexity of the traction transformer according to the prototype as an electric machine due to the combination of functions and fewer windings.
Для тяговых станций постоянного тока синхронизация фаз генераторов также важна для исключения уравнительных токов по гармоническим составляющим выпрямленного напряжения внутри подстанции и в тяговой сети. Кроме потерь энергии протекание этих токов по тяговой сети ухудшает электромагнитную совместимость тяговой сети с другими электротехническим объектами.For DC traction stations, phase synchronization of the generators is also important to eliminate equalizing currents in the harmonic components of the rectified voltage inside the substation and in the traction network. In addition to energy losses, the flow of these currents through the traction network worsens the electromagnetic compatibility of the traction network with other electrical objects.
Выполнение генераторов у тяговых станций для тяговой сети постоянного тока с напряжением, требуемым преобразователям вида тока, а именно преобразование переменного тока на постоянный ток, исключает необходимость в применении специальных понижающих тяговых трансформаторов, как у прототипа. Выходное напряжение генератора связано с напряжением выпрямителя известными формулами, так для трехфазного мостового выпрямителя связано с выпрямленным напряжением коэффициентом 0,427 [Размадзе Ш.М., Преобразовательные схемы и системы, стр. 38. формула 1.13]. Генератор приобретает еще одну функцию, кроме генерации, - создание выходного напряжения с заданным числом фаз и нужными схемами соединения обмоток, то есть выполняет еще функции преобразовательного трансформатора.The implementation of generators at traction stations for a traction DC network with the voltage required by the current type converters, namely the conversion of alternating current to direct current, eliminates the need for special step-down traction transformers, as in the prototype. The output voltage of the generator is related to the voltage of the rectifier by well-known formulas, so for a three-phase bridge rectifier it is connected to the rectified voltage by a coefficient of 0.427 [Sh.M. Razmadze, Conversion schemes and systems, p. 38. formula 1.13]. The generator acquires another function, in addition to generation, - the creation of an output voltage with a given number of phases and the necessary winding connection schemes, that is, it also performs the functions of a converter transformer.
Эти достоинства предложенного способа позволяют реализовать достаточно простым образом преимущества замены централизованной генерации электроэнергии на распределенную генерацию, приближенную к месту потребления электроэнергии. Это исключает значительные потери энергии при ее передаче на большие расстояния, так как теперь расстояние между генератором электроэнергии и тяговым фидером составляет метры или десятки метров, вместо сотен километров по прототипу. Потери энергии при ее передаче по газопроводам в десятки раз меньше потерь энергии при использовании линий электропередач.These advantages of the proposed method make it possible to realize in a rather simple manner the advantages of replacing centralized power generation with distributed generation close to the place of electricity consumption. This eliminates significant energy losses during its transmission over long distances, since now the distance between the electric power generator and the traction feeder is meters or tens of meters, instead of hundreds of kilometers according to the prototype. The energy loss during transmission through gas pipelines is ten times less than the energy loss when using power lines.
Добавление к тяговой станции резервуара 10 с запасом топлива повышает надежность работы тяговой станции в случае перебоя с подачей газа. В тяговой станции по прототипу принципиально невозможно запастись электроэнергией, тем более на длительный срок, сутки и более.Adding to the traction station a
Запас этого топлива определяется заданным временем автономной работы тяговой электростанции, по требованиям надежности электроснабжения тяговой сети. Например, 3 часа или 3 суток.The supply of this fuel is determined by the specified battery life of the traction power plant, according to the requirements of reliability of power supply to the traction network. For example, 3 hours or 3 days.
Другим средством повышения надежности является использование двухниточных газовых линий, газовых линий с двусторонним питанием. Для этого разные служат подключения тяговой станции к первичной системе энергоснабжения, показанные на чертежах.Another means of increasing reliability is the use of double-strand gas lines, gas lines with two-way power. For this, the connection of the traction station to the primary power supply system shown in the drawings is different.
Для уменьшения потребности в установленной мощности оборудования тяговой станции возможно подключение накопителя энергии 13 ко входу выходного распределительного блока 6. Этот накопитель сглаживает пики потребления энергии от генератора 8, которые могут длиться единицами или десятками минут.To reduce the need for installed power of the equipment of the traction station, it is possible to connect an
Для повышения коэффициента полезного действия использования топлива может быть добавлена когенерация энергии, которая заключается в использовании энергии отходящих газов газотурбинного двигателя, температура которых может достигать 500°. В качестве выхода блока когенерации может быть использован трехфазный генератор для питания нетяговых нагрузок. При нахождении поблизости от тяговой станции потребителей тепловой энергии, промышленных предприятий или жилых поселков энергия от блока когенерации может отдана в виде тепла. Возможно использование трехфазного инвертора для получения питания нетяговых потребителей. На тяговой станции переменного тока энергия может быть получена от однофазного напряжения после генератора, до повышающего трансформатора, для упрощения инвертора. На тяговой станции постоянного тока энергия может быть получена после выпрямителей, для упрощения инвертора. При большой мощности нетяговых потребителей целесообразно их питать от своего комплекта двигатель-генератор.To increase the efficiency of fuel use, energy cogeneration can be added, which consists in using the energy of the exhaust gases of a gas turbine engine, the temperature of which can reach 500 °. As an output of the cogeneration unit, a three-phase generator can be used to power non-traction loads. When consumers of thermal energy, industrial enterprises or residential settlements are located near the traction station, the energy from the cogeneration unit can be given in the form of heat. It is possible to use a three-phase inverter to provide power to non-traction consumers. At an AC traction station, energy can be obtained from a single-phase voltage after the generator to a step-up transformer to simplify the inverter. At a DC traction station, energy can be obtained after rectifiers to simplify the inverter. With a large capacity of non-traction consumers, it is advisable to power them from their engine-generator set.
Повышение частоты у генератора на тяговой станции для тяговой сети постоянного тока больше промышленной частоты, например до 100 Гц, позволит снизить массогабаритные показатели электрических машин и фильтр-устройств, это важно для тяговых станций с повышенной величиной напряжения в тяговой сети. Это также уменьшит уровень пульсаций в тяговой сети и повысит электромагнитную совместимость.Increasing the frequency of the generator at the traction station for a DC traction network greater than the industrial frequency, for example, up to 100 Hz, will reduce the overall dimensions of electrical machines and filter devices, this is important for traction stations with an increased voltage in the traction network. It will also reduce ripple in the traction network and increase electromagnetic compatibility.
Источники информацииInformation sources
1. Марквардт К.Г. «Электроснабжение электрифицированных железных дорог» Москва, Транспорт, 1982, рис. 1.2 с. 10.1. Marquardt K.G. "Power supply of electrified railways" Moscow, Transport, 1982, fig. 1.2
2. Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин А.Н., М.Г. Шалимов «Тяговые подстанции». - М.: Транспорт, 1986. - рис. 8 с. 16, рис. 9 с. 17.2. Bay Yu.M., Mamoshin P.P., Pupynin A.N., M.G. Shalimov "Traction substations." - M.: Transport, 1986. - Fig. 8 sec 16, fig. 9
3. Василянский А.М., Мамошин Р.Р., Якимов Г.Б. «Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц» Железные дороги мира, 2002, №8, с. 40-46.3. Vasilyansky A. M., Mamoshin R. R., Yakimov G. B. “Improving the traction power supply system of railways electrified with alternating current 27.5 kV, 50 Hz” Railways of the world, 2002, No. 8, p. 40-46.
4. Бурков А.Т., Гришин Я.С. «Преобразовательное устройство» Патент РФ 2206949.4. Burkov A.T., Grishin Ya.S. "Converter device" RF Patent 2206949.
5. Марквардт К.Г. «Электроснабжение электрифицированных железных дорог» Москва, Транспорт, 1982, рис. 1.5 с. 11.5. Marquardt K.G. "Power supply of electrified railways" Moscow, Transport, 1982, fig. 1.5 sec eleven.
6. Марквардт К.Г. «Электроснабжение электрифицированных железных дорог» Москва, Транспорт, 1982, рис. 1.3 и рис 1.4. с. 10.6. Marquardt K.G. "Power supply of electrified railways" Moscow, Transport, 1982, fig. 1.3 and Figure 1.4. from. 10.
7. Размадзе Ш.М. «Преобразовательные схемы и системы», с. 38, формула 1.13.7. Razmadze Sh.M. "Conversion schemes and systems", p. 38, formula 1.13.
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016132168A RU2651382C2 (en) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Method of power supply of traction network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016132168A RU2651382C2 (en) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Method of power supply of traction network |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016132168A RU2016132168A (en) | 2018-02-06 |
RU2651382C2 true RU2651382C2 (en) | 2018-04-19 |
Family
ID=61174155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016132168A RU2651382C2 (en) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Method of power supply of traction network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2651382C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000012343A1 (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-09 | Daimlerchrysler Ag | A plant for transmitting electric power |
RU2153752C1 (en) * | 1999-05-07 | 2000-07-27 | Аккуратов Александр Владимирович | Process of uninterrupted electric power supply of users of electric power system operating on recommenced sources of energy |
RU45056U1 (en) * | 2004-12-29 | 2005-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электроэнергетики" | AUTONOMOUS POWER PLANT |
RU66124U1 (en) * | 2007-05-24 | 2007-08-27 | Александр Владимирович Аккуратов | SYSTEM OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY OF CONSUMERS |
-
2016
- 2016-08-04 RU RU2016132168A patent/RU2651382C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000012343A1 (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-09 | Daimlerchrysler Ag | A plant for transmitting electric power |
RU2153752C1 (en) * | 1999-05-07 | 2000-07-27 | Аккуратов Александр Владимирович | Process of uninterrupted electric power supply of users of electric power system operating on recommenced sources of energy |
RU45056U1 (en) * | 2004-12-29 | 2005-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электроэнергетики" | AUTONOMOUS POWER PLANT |
RU66124U1 (en) * | 2007-05-24 | 2007-08-27 | Александр Владимирович Аккуратов | SYSTEM OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY OF CONSUMERS |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016132168A (en) | 2018-02-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Harmonizing AC and DC: A hybrid AC/DC future grid solution | |
US7462955B2 (en) | Electrical power distribution system and method thereof | |
De Doncker | Power electronic technologies for flexible DC distribution grids | |
CN105210277B (en) | HVDC (HVDC) converter system and its operating method | |
Chaudhary et al. | Wind farm grid integration using vsc based hvdc transmission-an overview | |
US20150097437A1 (en) | System and Method for Increasing Efficiency of Gensets in Micro-Grid Systems | |
US8803344B2 (en) | Renewable energy storage and conversion system | |
CN105052031A (en) | High voltage direct current (HVDC) converter system and method of operating the same | |
US20180097450A1 (en) | Hybrid high voltage direct current converter station and operation method therefor | |
CN103515953A (en) | Power generation and transmission system | |
US20140042818A1 (en) | Photovoltaic power plant | |
CN103311951B (en) | Wind power plant power transmission method based on voltage transformation of middle frequency or high frequency transformer | |
CN114481179A (en) | Medium-voltage direct-current collection type renewable energy power generation and hydrogen production system and working method thereof | |
CN107666157B (en) | AC/DC series-parallel power grid | |
RU2662294C2 (en) | Traction station | |
RU2651382C2 (en) | Method of power supply of traction network | |
US20220166219A1 (en) | Systems and methods for modular power conversion units in power supply systems | |
Mayo-Maldonado et al. | Current Trends and Challenges in Sustainable Generation, Transmission and Distribution of Electricity | |
Wanchun et al. | Technical and Economic Analysis of Power Collection and Transmission Schemes Adapted to Large-scale Offshore Wind Farm | |
RU2753642C1 (en) | Method and device for transmission of electrical energy | |
KR20150025772A (en) | Distribution system and distribution method for floating structures | |
RU2798482C1 (en) | Installation for melting and/or heating of metal material and method of its power supply | |
Nuca et al. | Modernization Solutions for the Trolleybus Traction Stations in the Chisinau Municipality | |
Pal et al. | The Analysis of the Modern Power System with Distributed Network | |
Gecan et al. | Aspects regarding dc distribution systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200805 |