[03-2020] Как разделить питание контактной сети

[Admin]

Как разделить питание контактной сети

Л.А. ГЕРМАН, д-р техн, наук, профессор Самарского государственного университета путей сообщения

На контактной сети переменного тока отечественных дорог принята двухсторонняя схема питания. В результате повышаются напряжение на токоприемниках и в целом надежность питания электроподвижного состава. К сожалению, до б — 8 % всех межпод-станционных зон тяговой сети переменного тока работают с разделом по контактной сети, т.е. смежные тяговые подстанции не работают параллельно.
Как правило, причина здесь — громадные уравнительные токи, протекающие по контактной сети из-за особых режимов системы внешнего электроснабжения. В большинстве случаев это происходит из-за отсутствия линии ВЛ-110 (ВЛ-220) кВ между двумя тяговыми подстанциями.

Необходимость раздела по контактной сети (секционирования) может быть вызвана и другими причинами, например, длительным ремонтом основного оборудования тяговой подстанции.

Раздел по контактной сети (секционирование) обычно выполняют путем реализации встречно-консольной схемы питания с нормально отключенным выключателем в шине поста секционирования ПС (используют устройство производства ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» на пять выключателей). В этом случае возможны два варианта схемы: устройство нейтральной вставки у ПС или шунтирование выключателем воздушного промежутка при проходе токоприемником участка сети вблизи ПС. Преимущества и недостатки указанных вариантов известны.
Опыт Горьковской дороги свидетельствует о том, что существует еще один эффективный вариант раздела (секционирования) по контактной сети, который выполняют следующим способом (рис. 1).
- сеть разделяют существующей нейтральной вставкой у подстанции ТП2;
- предусматривают консольное питание контактной сети, т.е. положение выключателей Q3 и Q4 питающих линий контактной сети второй тяговой подстанции ТП2 — нормально отключенные;
- на конце консоли контактной сети у ТП2 включают регулируемую установку поперечной емкостной компенсации 1 через специально установленный пункт параллельного соединения ППС 2. Управляемые разъединители QS1 и QS2 нормально включены.
Внимание. Данный вариант раздела (секционирования) контактной сети запатентован.
На рис. 1 показан вариант ПС с пятью выключателями, который обеспечит в случае необходимости перенос раздела питания от нейтральной вставки у подстанции ТП2 к посту к его воздушным промежуткам (или к
смонтированным нейтральным вставкам по четному и нечетному путям).

Требование включать регулируемую компенсирующую установку (КУ) в тяговую сеть — обязательное. Это объясняется тем, что при снижении тяговой нагрузки напряжение на шинах КУ при мощности более 3 — 4 Мвар превышает допустимый уровень 29 кВ. Специалистам известны два типа регулируемых установок поперечной емкостной компенсации: переключаемая фильтрокомпенсирующая установка (ФКУ) на Горьковской дороге и статический генератор реактивной мощности (СГРМ) производства ООО НПП «РУ-Инжиниринг» (г. Набережные Челны). Сейчас СГРМ успешно работает более чем на 20 постах секционирования.
Переключаемая ФКУ выполнена на основе известной конденсаторной установки поперечной емкостной компенсации с реактором путем добавления последовательной секции конденсаторов. Она уменьшает генерируемый емкостной ток и, тем самым, напряжение в контактной сети. При увеличении тяговой нагрузки последовательная секция шунтируется тиристорным ключом на 10 кВ и 200 А или вакуумным выключателем на 10 кВ.
Чтобы снизить напряжение на шинах ФКУ, мощность существующей переключаемой установки на 4,6 Мвар переключают на пониженную величину — 3 Мвар. Проектная мощность ФКУ 4,6 Мвар (проект 1985 г.) до сих пор не изменялась, но даже при этой мощности до сих пор обеспечивается нормальная работа межподстанционной зоны, в которой сейчас следует свыше 10 поездов повышенной массы и длины. Однако мощность ФКУ на тяговой подстанции Шумерля уже давно следует увеличить в 1,4 — 1,7 раза, т.е. довести ее до 6,5 — 8 Мвар.
Сегодня на сети дорог существует единственный пример использования переключаемой ФКУ (см. рис. 1) — тяговая подстанция Шумерля Горьковской дороги. Она позволяет поддерживать напряжение на консольном и СГРМ при односторонней схеме питания: на ПС или в конце консоли тяговой сети?
Рассмотрим технико-экономические показатели возможных вариантов включения установок компенсации.
Режим напряжения. Для решения задачи эквивалентируем распределенную тяговую нагрузку на два узла — на ПС (нагрузка 1Э]) и на конечную точку консоли тяговой сети (нагрузка 1Э2). Принимаем эти нагрузки равными и для упрощения — реактивными. Тогда в исходном режиме напряжение в тяговой сети без КУ соответствует кривой 1 на рис. 2, при включении ФКУ (СГРМ) на ПС — кривая 3, а при включении ФКУ (СГРМ) в конце консоли контактной сети (т.е. у ТП2) — кривая 2. Диаграммы на рис. 2 свидетельствуют о том, что вариант включения ФКУ в конце консоли (кривая 2) предпочтителен, так как среднее напряжение во всей тяговой сети (отТП1 до ППС) в этом случае наибольшее.

Конечно, при реальном представлении нагрузок (с учетом активной и реактивной составляющих), а также с их распределением по контактной сети графики напряжений изменятся, но соотношение средних значений в рассмотренных вариантах сохранится.
Потери мощности. Согласно рекомендациям из учебного пособия «Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения» (авторы Л.А. Герман, А.С. Серебряков) провели сравнительные расчеты и определили значения мощностей КУ для наибольшего снижения потерь в тяговой сети в двух вариантах размещения КУ. Для этих показателей рассчитали потери мощности в тяговой сети. Оказалось, что полученные значения для сравниваемых вариантов совпадают.
Затраты на обслуживание. Обслуживание КУ поста секционирования связано с периодическими поездками бригады на ПС. Практически каждый раз на профилактику уходит полный рабочий день с учетом поездки на пост секционирования. По мнению разработчиков, для СГРМ требуется проверять работу мощных вентиляторов раз в неделю. Таким образом, бригада из двух специалистов должна проводить профилактику СГРМ четыре раза в месяц, что связано с немалыми затратами.
В то же время, профилактическое обслуживание ФКУ (СГРМ) на тяговой подстанции совместят со штатной работой. Поэтому не будет транспортных расходов на поездки на ПС. Таким образом, видно, что преимущество — за вариантом включения ФКУ (СГРМ) в конце консоли тяговой сети (т.е. у подстанции).
Расчет номинальной мощности регулируемой установки СГРМ. Расчет мощности конденсаторных установок также рассмотрен в упомянутом учебном пособии. Поэтому проанализируем мощность статического генератора СГРМ, который включен в тяговую сеть на консоли (т.е. у ТП2), и является источником реактивного тока.

Пусть на токоприемнике состава повышенной массы и длины зафиксировано пониженное напряжение UT(n0H), которое следует повысить до желаемого иж. Генератор повышает напряжение до 1СГРМ-Хвх, где 'сгрм — генерируемый ток СГРМ, Хвх — вход
ное индуктивное сопротивление до точки включения СГРМ.
Учитывая, что 'сгрм _ Осгрм^сгрм' гАе ^crPM и QcrpM — напряжение и мощность СГРМ, окончательно получим номинальную мощность СГРМ:
Осгрм = ^ж “ ^т(пон)1'^сгрм'^вх-

Таким образом, в зависимости от поездной обстановки существующая автоматика СГРМ будет контролировать напряжение на шинах ПС. При понижении напряжения она будет стремиться повысить генерируемый емкостный ток, чтобы напряжение на шинах достигло иж, тем самым регулируя мощность СГРМ.
Оценим номинальную мощность СГРМ. Если согласно программе «Комплекс расчетов тягового электроснабжения» установлено, что фактическое минимальное напряжение UT (ПОН на токоприемнике) составляет 21 — 22 кВ, то для повышения пропускной способности участка целесообразно увеличить напряжение 11ж не менее чем до 24 — 25 кВ. СГРМ будет поддерживать напряжение в пределах 27 — 28 кВ.
Входное сопротивление тяговой сети участка системы 25 кВ длиной 50 км с односторонним питанием равно 16 Ом. Тогда мощность СГРМ для компенсации реактивной мощности составит 5 — 7 Мвар. При необходимости мощность СГРМ можно увеличить до 8 — 10 Мвар для фильтрации гармоник тока электроподвижного состава.
В заключение отметим, что представленный экономичный вариант выполнения запатентованного устройства раздела контактной сети системы 25 и 2x25 кВ на существующих нейтральных вставках у тяговых подстанций проверен длительным опытом эксплуатации. Это предложение повысило надежность и экономичность эксплуатации тяговой сети переменного тока. По мнению ряда специалистов, этот вариант раздела питания необходимо ввести в существующие нормативные документы.