SU1736776A1 - Устройство дл электроснабжени электрифицированных железных дорог переменного тока - Google Patents

Abstract

Использование: электрификаци  железных дорог при переменном токе по системе 2 х 25 кВ дл  совместного питани  т говых потребителей. Сущность изобретени : типова  система электроснабжени  дополнена двум  разъединител ми и выключателем на вторичной стороне резервного трансформатора дл  организации полного треугольника напр жений, питающего трехфазные потребители линий Два прово- да-рельс и собственных нужд подстанций. В устройстве имеет место снижение потерь от токов нулевой последовательности и повышение качества электроэнергии на зажимах нет говых потребителей. 5 ил.

Description

С/1

С

Изобретение относитс  к электрификации железных дорог на переменном токе по системе 2 х 25 кВ дл  совместного питани  т говых и нет говых потребителей.

Системы электроснабжени  2 х 25 кВ построены с использованием однофазных трансформаторов, соединенных в открытый треугольник, что позвол ет производить регулирование напр жений в контактной сети раздельно по плечам питани . Однако фидера Два провода-рельс (ДПР) и Собственных нужд (СН) присоединены с шинам вторичного напр жени , т.е. к плечам т говой сети. Следовательно, трехфазные потребители , питающиес  от линий ДПР и СН. не могут получать электроэнергию должного качества, в частности по показател м несимметрии и несинусоидальности.

Известно устройство дл  электроснабжени  электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее

однофазные трансформаторы, первичные и районные обмотки которых соединены в треугольник, а т говые - в открытый треугольник , снабженное датчиками напр жени  плеч питани  и блоками регулировани  в т говых обмотках. В основе своей (без элементов регулировани ) система электроснабжени  по данному устройству имеет услови  дл  обеспечени  симметрировани  напр жени  основной частоты и демпфировани  гармоник напр жени , кратных трем, по районной нагрузке. Однако, так как по фидерам ДПР и СН треугольник питающих напр жений остаетс  открытым, то токи нулевой последовательности на основной частоте и частотах высших гармонических составл ющих, кратных трем, создают значительные потери электроэнергии в трехфазных потребител х и лини х .электропередачи, питающих эти нагрузки. Кроме того, увеличиваетс  несимметри 

CJ

о

4 О

пр жений на этих частотах, привод ща  к снижению моментов трехфазных двигателей , нагреву их обмоток, сбо м релейных защит и т.д. Дл  однофазных потребителей, питающихс  от фидеров ДПР. и СН через трансформаторы по схеме А/А. возможно по вление перенапр жений фазных ЭДС из-за третьей гармоники напр жени ,

Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  система электроснабжени  по схеме 2 х 25 кВ, представл юща  собой типовое распределительное устройство 55 кВ дл  питани  т говых плеч и трехфазных потребителей в лини х ДПР и СН т говых подстанций . Она содержит установленные на т говых подстанци х первый, второй и резервный однофазные трансформаторы. Первичные обмотки первого и второго трансформаторов через двухполюсные выключатели подключены к питающей сети по схеме открытого треугольника. Первична  обмотка резервного подключена к питающей сети через три двухполюсных разъединител  с возможностью подключени  резервного трансформатора к питающей сети вместо любого первого и второго, или параллельно любому из них, или соединени  с трансформаторами разных плеч в закрытый треугольник. Вторичные обмотки первого и второго трансформаторов присоединены через двухполюсные выключатели к соответствующим фидерным зонам т говой сети и далее через шины вторичного напр жени  - к фидерам ДРП и СН. Районные обмотки подключены к районным потребител м через свои сборные шины. Шины вторичного напр жени  секционированы с помощью четырех двухполюсных разъединителей. Вторичные обмотки резервного трансформатора св заны через свои сборные шины и двухполюсные выключатели с двум  секци ми вторичного напр же- ни . Трехфазна  система ДПР и СН 27,5 кВ образована путем подключени  их фидеров к разнофазным выводам первого и второго трансформаторов и заземленным общим точкам полуобмоток.

Однако эта трехфазна  система питани  фидеров ДПР и СН представл ет собой неполный треугольник, которому присущи отмеченные недостатки вышеприведенного устройства. Кроме того, при аварийном отключении одного из т говых трансформаторов она превращаетс  в однофазную и нарушаетс  бесперебойное питание всех нет говых трехфазных потребителей.

Цель изобретени  - повышение качества электроэнергии путем уменьшени  токов нулевой последовательности и несимметрии напр жени  и повышени  бесперебойности электроснабжени  трехфазных потребителей .

Поставленна  цель достигаетс  тем. что устройство дл  электроснабжени  электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее первую и вторую секции трехфазных шин высокого напр жени  с перемычкой, включенной между ними через первый и второй трехполюсные разъ0 единители соответственно, первый, второй и резервный однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых выполнены в виде полуобмоток, причем первичные обмотки первого и второго однофазных транс5 форматоров подключены через первый и второй двухполюсные выключатели к первой и второй секци м шин высокого напр жени  соответственно по схеме открытого треугольника, первична  обмотка резервно0 го однофазного трансформатора подключена через третий двухполюсный выключатель и первый, второй и третий двухполюсные разъединители к каждой паре фаз перемычки , вторичные полуобмотки первого и второ5 го однофазных трансформаторов соединены последовательно, точки их соединени  подключены к заземленной рельсовой цепи, свободные выводы подключены через четвертый и п тый двухполюсные вы0 ключатели к первой и второй секци м двух- фазных шин вторичного напр жени  соответственно, перва  и втора  секции двухфазных шин вторичного напр жени  через шестой и седьмой двухполюсные вы5 ключатели и сборные шины резервного однофазного трансформатора св заны с вторичными полуобмотками резервного однофазного трансформатора, фидера ДПР, св занные с двухфазными шинами вторич0 ного напр жени , а также четвертый и п тый двухполюсные разъединители, устройство снабжено восьмым выключателем . При этом начало первой и конец вто- рой полуобмоток резервного однофазного

5 трансформатора подсоединены к сборным шинам последнего, конец первой и начало второй полуобмоток подсоединены раздельно через четвертый двухполюсный разъединитель к сборным шинам резервно0 го однофазного трансформатора и через п тый двухполюсный разъединитель к заземленной рельсовой цепи. Шины вторичного напр жени  выполнены в виде первой и второй независимых секций, сборные ши5 ны резервного однофазного трансформатора подключены через восьмой двухполюсный выключатель, а фидера ДПР и СН - непосредственно к шинам вторично- то напр жени  разных фаз и разных секций. Известна  система, содержаща  семь выключателей , дополнена еще одним, и при устранении четырехсекционных разъединителей в нее введены два двухполюсных разъединител . Новые св зи введены на вторичной стороне резервного трансформа- тора и в подключении фидеров ДПР и СН к шинам вторичного напр жени .

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства дл  электроснабжени ; на фиг.2 - векторные диаграммы напр жений на шинах вторичного напр жени  в типовых режимах работы известного устройства; на фиг.З - то же, дл  рабочего режима предлагаемого устройства; на фиг.4 и 5 - то же, при аварийном отключении первого и второго трансформаторов соответственно.

Устройство дл  электроснабжени  электрифицированных железных дорог переменного тока (фиг.1) содержит первую 1 и вторую 2 секции шин высокого напр жени  с перемычкой 3, включенной между ними через первый 4 и второй 5 трехполюсные разъединители соответственно, первый 6. второй 7 и резервный 8 однофазные понизительные трансформаторы, двухфазные шины 9 вторичного напр жени , состо щие из первой 10 и второй 11 независимых секций , кажда  из которых представл ет собой систему сборных шин, принадлежащих соответственно первому 6 и второму 7 одно- фазным 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 секци м шин высокого напр жени  соответственно по схеме открытого треугольника. Первична  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 трансфо рмэторов 6-8 выполнены в виде полуобмоток. Полуобмотки каждого трансформатора 6 и 7 соединены последовательно , точки их соединени  подключены к заземленной рельсовой цепи 28. Свобод- ные выводы этих полуобмоток через четвер- тый 29 и п тый 30 двухполюсные выключатели соответственно подключены к шинам первой 10 и второй 11 секци м двухфазных шин 9 вторичного напр жени . Начало первой 31 и конец второй 32 полуобмоток резервного трансформатора 8 подсоединены к сборным шинам 33 последнего, конец первой 31 и начало второй 32 полуобмоток подсоединены раздельно через четвертый двухполюсный разъединитель 34 к сборным шинам j 33 резервного трансформатора 8 и через п тый двухполюсный разъединитель 35 - к заземленной рельсовой цепи 28. Перва  10 и втора  11 секции двухфазных шин 9 вторичного напр жени  через шестой 36 и седьмой 37 двухполюсные выключатели соединены со сборными шинами 33 резервного трансформатора 8. последние подключены через восьмой двухполюсный выключатель 38, а фидера ДПР 18 и СН 19 - непосредственно к шинам 9 вторичного напр жени  разных фаз 20 и 21 и разных секций 10 и 11. При этом фазировка подключени  фидеров ДПР 18 и СН 19 к сборным шинам 33 резервного трансформатора 8 соответствует присоединению первичной обмотки последнего к недостающей фазе на высокой стороне.

Устройство работает следующим образом .Примем за исходное такое его состо ние , когда все выключатели и разъединители отключены. Покажем работу последовательно во всех режимах посредством включени  соответствующей совокупности коммутирующих аппаратов.

Режим двустороннего питани  т говой сети осуществл ют включением выключателей 22, 23, 29 и 30. При этом фидерные зоны 14 и 17 получают питание от первой 1 и второй 2 секции шин высокого напр жени  соответственно (фазы АВ и СА) через первый 6 и второй 7 трансформаторы и секции 10 и 11 двухфазных шин 9 вторичного напр жени . Фидеры ДПР 18 и СН 19 снабжаютс  энергией от данных трансформаторов через секции 10 и 11 и разнофазные их выводы 20 и 21 и заземленную рельсовую цепь 28. Резервный трансформатор 8 по первичной и вторичной стороне отключен. На фиг. 2а. б и в показаны векторные диаграммы напр жений , соответственно на шинах 12 и 13 левой фидерной зоны 14, на фидерах ДРП 18 и СН 19, на шинах 15 и 16 правой фидерной зоны 17. Здесь прин то дл  упрощени , что вторичные напр жени  трансформаторов 6-8 равны по модулю. Диаграммы показывают , что т гова  сеть получает двустороннее питание (вектора 12 - 13 и 15 -16), а фидеры ДПР 18 и СН 19 запитывают с  неполным треугольником напр жений.

Дл  перехода в режим пар плельной работы трансформаторов дополнительно включают выключатель 24, разъединитель

35 и затем или разъединители 4 и 25 и шестой выключатель 36 дл  обеспечени  параллельного соединени  резервного трансформатора 8 к первому трансформатору 6, или разъединители 5 и 27 и седьмой выключатель 37 дл  обеспечени  параллельного соединени  резервного трансформатора 8 к второму трансформатору 7. Векторные диаграммы дл  этого режима в основном будут аналогичны диаграммам на фиг.2 а, б , в.

Режим включени  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 достигаетс  включением выключателей 22. 23, 29, 30, 24 и 38, разъединителей 26, 34 и отключением выключателей 36 и 37, разъединител  35. Тогда на шинах секций 10 и 11 будут иметь место напр жени  согласно векторным диаграммам на фиг.З. Трехфазные потребители фидеров ДПР 18 и СН 19 получают питание от полного треугольника напр жений (фиг.З, б). Две стороны его вектора 28 - 12 и 15 - 28сформированы напр жени ми полуобмоток первого 6 и второго 7 трансформаторов, треть , ранее недостающа  сторона - вектор 12 - 15 - напр жением соединенных в параллель полуобмоток резервного трансформатора 8. Образован контур замыкани  токов нулевой последовательности на основной частоте и частотах высших гармоник , кратных трем, что приводит к уменьшению несимметрии и несинусоидальности напр жений, а также потерь электроэнергии в трехфазных потребител х . Дл  тех однофазных потребителей, которые питаютс  от фидеров ДПР 18 и СН 19 через трансформаторы по схеме Xfj, уменьшаетс  веро тность по влени  перенапр жений фазных ЭДС из-за уменьшени  в них гармоник напр жений, кратных трем. Плечи т говой сети получают питание напр жением 2 х 25 кВ (фиг.З а, в): вектора 13 - 12 в фидерной зоне 14 и 15- 16 в фидерной зоне 17.

Так как в этом режиме резервный трансформатор 8 эксплуатируетс  посто нно, то возникает опасность нарушени  бесперебойного питани  трехфазных потребителей при отказе любого трансформатора 6 или 7 подстанции. Векторные диаграммы нафиг.4 а, б и 5, б нагл дно иллюстрируют, что при аварийном отключении трансформатора 6 (фиг.4 а, б) или 6 (фиг.5 а, б) т говые плечи получают со стороны аварийно отключенного трансформатора напр жение 1x25 кВ, со стороны работающего трансформатора - 2 х 25 кВ, а фидеры ДПР и СН - двухфазное

напр жение, т.е. такое же, как и в нормальном режиме работы известного устройства. Качество электрической энергии в этих случа х понижаетс , но бесперебойность электроснабжени  как т говых, так и нет говых потребителей сохран етс  на уровне нормальных возможностей типовой системы электроснабжени  2 х 25 кВ.

Таким образом, введение двухполюс0 ных одного выключател  и двух разъединителей и соответствующих св зей на вторичной стороне резервного трансформатора позвол ет в нормальном режиме использовать его дл  организации на шинах

5 вторичного напр жени  полного треугольника напр жений.

Применение предлагаемой системы по сравнению с известной позвол ет достичь симметрирующий эффект, демпфирование

0 гармоник и сн тие возможных перенапр жений; при аварийных отключени х одного из т говых трансформаторов обеспечить бесперебойное питание т говой сети и линий ДПР и СН по схеме неполного треуголь5 ника; уменьшить потери электроэнергии в трехфазных потребител х.

Предлагаема  система может быть применена на любых типах подстанций (отпаеч- ных, транзитных, опорных), что делает ее

0 универсальной, и она имеет большие возможности дл  реализации регулировани  и управлени  режимами в лини х ДПР, СН и т говой сети.

Реализаци  изобретени  обеспечивает5 с  доступными типовыми средствами, т.е. без разработок уникальных элементов и сложных схемных конфигураций.

Технико-экономическа  эффективность предлагаемого решени  образуетс  за счет

0 снижени  потерь электроэнергии в понизительных трансформаторах и фидерах ДПР и СН т говых подстанций, трехфазных нет говых потребителей, а также за счет повышени  качества электроэнергии и,

5 следовательно, уменьшени  ущерба в них. Дополнительные затраты будут св заны с вводом дополнительных выключател  и двух разъединителей, однако они в некоторой степени уменьшаютс  за счет изъ ти 

Claims (1)

1. 0 четырех двухполюсных разъединител . Формула изобретени  Устройство дл  электроснабжени  электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее первую и вторую

   5 секции трехфазных шин высокого напр жени  с перемычкой, включенной между ними через первый и второй трехполюсные разъединители соответственно, первый, второй и резервный однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых выполнены в

   виде полуобмоток, причем первичные обмотки первого и второго однофазных транс форматоров подключены через первый и второй двухполюсные выключатели к первой и второй секци м шин высокого напр - жени  соответственно по схеме открытого треугольника, первична  обмотка резервного однофазного 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 соединени  подключены к заземленной рель- совой цепи, свободные выводы подключены через четвертый и п тый двухполюсные выключатели к первой и второй секци м двухфазных шин вторичного напр жени  соответственно, перва  и втора  секции двухфазных шин вторичного напр жени  через шестой и седьмой двухполюсные выключатели и сборные шиНы резервного однофазного трансформатора св заны с вторичными полуобмотками резервного од- нофазного трансформатора, фидера Два провода-рельс, св занные с двухфазными

   ю

   шинами вторичного напр жени , а также четвертый и п тый двухполюсные разъединители , отличающеес  тем, что, с целью повышени  качества электроэнергии путем уменьшени  токов нулевой последовательности и несимметрии напр жени  и повышени  бесперебойности электроснабжени  трехфазных потребителей, устройство снабжено восьмым выключателем, причем 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 однофазного трансформатора и через п тый двухполюсный разъединитель к заземленной рельсовой цепи, шины вторичного напр жени  выполнены в виде первой и второй независимых секций, сборные шины резервного однофазного трансформатора подключены через восьмой двухполюсный выключатель, а фидера Два провода-рельс и собственных нужд - непосредственно к шинам вторичного напр жени  разных фаз и разных секций.

   4 g с

   Л

   .S

   ,

   и

   IIIDIII III 1ГГ2& PttZ {

   /3

   /2

   /3

   /5 42

   5

   Фиг.З

   28 |||„2y-|||i

   /7/ /2

   2

   2.4

   5

   Фиг. 2.

   28

   28 /5

   г /Ъ

   (г vts

   S

   Фиг.5