Устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 0 М 3/02 Я Т АНИЕ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Омский институт инженеров железнодорожного транспорта(56) Авторское свидетельство СССРМ 958162, кл. В 60 М 3/02, 1981,Бородулин Б,М, и др. Система тяговогоэлектроснабжения 2 х 25 кВ. Мл Транспорт,1989, с.34. рис,1.22.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛ ЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к электрификации железных дорог на переменном токе по системе 2 х 25 кВ для совместного питания тяговых и нетяговых потребителей.Системы электроснабжения 2 х 25 кВ построены, с использованием однофазных трансформаторов, соединенных в открытый треугольник, что позволяет производить регулирование напряжений в контактной сети раздельно по плечам питания, Однако фиде, ра "Два провода-рельс" (ДПР) и "Собственных нужд" (СН) присоединены с шинам вторичного напряжения, т.е. к плечам тяговой сети. Следовательно, трехфазные потребители, питающиеся от линий ДПР и СН, не могут получать электроэнергию должного качества, в частности по показателям не- симметрии и несинусоидальности.Известно устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее 1736776 А 1(57) Использование: электрификация железных дорог при переменном токе по системе 2 х 25 к 8 для совместного питания тяговых потребителей. Сущность изобретения; типовая система электроснабжения дополнена двумя разъединителями и выключателем на вторичной стороне резервного трансформатора для организации полного треугольника напряжений, питающего трехфазные потребители линий "Два провода-рельс" и собственных нужд подстанций, В устройстве имеет место снижение потерь от токов нулевой последовательности и повышение качества электроэнергии на зажимах нетяговых потребителей. 5 ил. однофазные трансформаторы, первичные и районные обмотки которых соединены в треугольник, а тяговые - в открытый треугольник, снабженное датчиками напряжения плеч питания и блоками регулирования в тяговых обмотках. В основе своей (без элементов регулирования) система электроснабжения по данному устройству имеет условия для обеспечения симметрирования напряжения основной частоты и демпфирования гармоник напряжения, кратных трем, по районной нагрузке. Однако, так как по фидерам ДПР и СН треугольник питающих напряжений остается открытым, то токи нулевой последовательности на основной частоте и частотах высших гармонических составляющих, кратных трем, создают значительные потери электроэнергии в трехфазных потребителях и линиях ,электропередачи, питающих эти, нагрузки. Кроме того, увеличивается несимметрия на 1736776пряжений на этих частотах, приводящая к снижению моментов трехфазных двигателей, нагреву их обмоток, сбоям релейных защит и т,д. Для однофазных потребителей, питающихся от фидеров ДПР и СН через трансформаторы по схеме А/ возможно появление перенапряжений фазных ЭДС иэ-за третьей гармоники напряжения,Наиболее близкой к предлагаемой является система электроснабжения по схеме 2х 25 кВ, представляющая собой типовое распределительное устройство 55 кВ для питания тяговых плеч и трехфазных потребителей в линиях ДПР и СН тяговых подстанций, Она содержит установленные на тяговых подстанциях первый, второй и резервный однофазные трансформаторы. Первичные обмотки первого и второго трансформаторов через двухполюсные выключатели подключены к питающей сети посхеме открытого треугольника. Первичная обмотка резервного подключена к питающей сети через три двухполюсных разьединителя с возможностью подключениярезервного трансформатора к питающей сети вместо любого первого и второго, или параллельно любому иэ них, или соединения с трансформаторами разных плеч в закрытый треугольник, Вторичные обмотки первого и второго. трансформаторов присоединены через двухполюсные выключатели к соответствующим фидерным зонам тяговой сети и далее через шины вторичного напряжения - к фидерам ДРП и СН. Районные обмотки подключены к районным потребителям через свои сборные шины, Шины вторичного напряжения секционированы с помощью четырех двухполюсных разъединителей, Вторичные обмотки резервного трансформатора связаны через свои 5 1020253035 сборные шины и двухполюсные выключатели с двумя секциями вторичного напряже- ния. Трехфазная система ДПР и СН 27,5 кВ образована путем подключения их фидеров к разнофазным выводам первого и второго 45 трансформаторов и заземленным общим точкам полуобмоток.Однако эта трехфазная система питания фидеров ДПР и СН представляет собой неполный треугольник, которому присущи 50 отмеченные нЕдостатки вышеприведенного устройства. Кроме того, при аварийном отключении одного из тяговых трансформаторов она превращается в однофазную и нарушается бесперебойное питание всех 55 нетяговых трехфазных потребителей,Цель изобретения - повышение качества электроэнергии путем уменьшения токов нулевой последовательности и несимметрии напряжения и повышения бесперебойности электроснабжения трехфаэных потребителей.Поставленная цель достигается тем, что устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее первую и вторую секции трехфазных шин высокого напряжения с перемычкой, включенной между ними через первый и второй трехполюсные раэьединители соответственно, первый, второй и резервный однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых выполнены в виде полуобмоток, причем первичные обмотки первого и второго однофаэных трансформаторов подключены через первый и второй двухполюсные выключатели к первой и второй секциям шин высокого напряжения соответственно по схеме открытого треугольника, первичная обмотка резервного однофаэного 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. соединения подключены к заземленной рельсовой цепи, свободные выводы подключены через четвертый и пятый двухполюсные выключатели к первой и второй секциям двухфазных шин вторичного напряжения соответственно, первая и вторая секции двухфазных шин вторичного напряжения через шестой и седьмой двухполюсные выключатели и сборные шины резервного однофаэного трансформатора связаны с вторичными полуобмотками резервного однофазного трансформатора, фидера ДПР, связанные с двухфазными шинами вторичного напряжения, а также четвертый и пятый двухполюсные разъединители, устройство снабжено восьмым выключателем. При этом 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 однофаэного трансформатора и через пятый двухполюсный разъединитель к заземленной рельсовой цепи, Шины вторичного напряжения выполнены в виде первой и второй независимых секций, сборные шины резервного однофазногО трансформатора подключены через восьмой двухполюсный выключатель, а фидера ДПР и СН - непосредственно к шинам вторичного напряжения разных фаз и разных секций, Известная система, содержащая семь выключателей, дополнена еще одним, и при устранении четырехсекционных разъединителей в нее введены два двухполюсных разъединителя. Новые связи введены на вторичной стороне резервного трансформатора и в подключении фидеров ДПР и СН к шинам вторичного напряжения,На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства для электроснабжения; на фиг.2 - векторные диаграммы напряжений на шинах вторичного напряжения в типовых режимах работы известного устройства; на фиг,3 - то же, для рабочего режима предлагаемого устройства; на фиг.4 и 5- то же, при аварийном отключении первого и второго трансформаторов соответственно.Устройстводля электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока (фиг.1) содержит первую 1 и вторую 2 секцИИ шин высокого напряжения с перемычкой 3, включенной между йими через первый 4 и второй 5 трехполюсные разъединители соответственно, первый 6. второй 7 и.резервный 8 однофазные понизительные трансформаторы, двухфазные шины 9 вторичного напряжения, состоящие из первой 10 и второй 11 независимых секций, каждая иэ которых представляет собой систему сборных шин, принадлежащих соответственно первому 6 и второму 7 однофаэным 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 секциям шин высокого напряжения соответственно по схеме открытого треугольника. Первичная 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 обмоткитрансформаторов 6 - 8 выполнены в виде полуобмоток. Полуобмотки каждого трансформатора 6 и 7 соединены последовательно, точки их соединения подключены к заземленной рельсовой цепи 28. Свободные выводы этих полуобмоток через четвертый 29 и пятый 30 двухполюсные выключатели соответственно подключены к шинам первой 10 и второй 11 секциям двухфазных шин 9 вторичного напряжения, Начало первой 31 и конец второй 32 полуобмоток резервного трансформатора 8 подсоединены к сборным шинам 33 последнего, конец первой 31 и начало второй 32 полуоб моток подсоединены раздельно через четвертый двухполюсный разъединитель 34 к сборным шинами 33 резервйого трансформатора 8 и через пятый двухполюсный раэьединитель 35 - к заземленной рельсовой 10 цепи 28. Первая 10 и вторая 11 секции двухфазных шин 9 вторичного напряжения через шестой 36 и седьмой 37 двухполюсные выключатели соединены со сборными шинами 33.резервного трансформатора 8, послед ние подключены через восьмой двухполюсный выключатель 38, а фидера ДПР 18 и СН 19- непосредственйо к шинам 9 вторичного напряжения разных фаз 20 и 21 и разных секций 10 и 11, При этом фазировка подклю чения фидеров ДПР 18 и СН 19 к сборнымшинам 33 резервного трансформатора 8 соответствует присоединению первичной обмотки последнего к недостающей фазе на высокой стороне.25 Устройство работает следующим образом:Примем за исходное такое его состояние, когда все выключатели и разъединители отключены, Покажем работу 30 последовательно во всех режимах посредством включения соответствующей совокуп. ности коммутирующих аппаратов.Режим двустороннего питания тяговойсети осуществляют включением выключате лей 22, 23, 29 и 30. При этом фидерные зоны14 и 17 получают питание от первой 1 и второй 2 секции шин высокого напряжения соответственно (фазы АВ и СА) через первый 6 и второй 7 трансформаторы и секции 40 10 и 11 двухфазных шин 9 вторичного напряжения. Фидеры ДПР 18 и СН 19 снабжаются энергией отданных трансформаторов через секции 10 и 11 и разнофазные их выводы 20 и 21 и заземленную рельсовую цепь 28, Ре эервный трансформатор 8 по первичной ивторичной стороне отключен. На фиг. 2 а, б и в показаны векторные диаграммы напряжений, соответственно на шинах 12 и 13 левой фидерной эоны 14, на фидерах ДРП 50 18 и СН 19, на шинах 15 и 16 правой фидерной эоны 17. Здесь принято для упрощения, что вторичные напряжения трансформаторов 6 - 8 равны по модулю. Диаграммы показывают, что тяговая сеть получает 55 двустороннее питание (вектора 12 - 13 и 15- 16), а фидеры ДПР 18 и СН 19 запитывают ся неполным треугольником напряжений.Для перехода в режим параллельной работы трансформаторов дополнительно включают выключатель 24, разъединитель35 и затем или разъединители 4 и 25 и шес- той выключатель 36 для обеспечения параллельного соединения резервного трансформатора 8 к первому трансформатору 6, или разъединители 5 и 27 и седьмой выключатель 37 для обеспечения параллельного соединения резервного трансформатора 8 к второму трансформатору 7. Векторные диаграммы для этого режима в основном будут аналогичны диаграммам на фиг 2 а, б, в,Режим включения 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 достигается включением выключателей 22, 23, 29, 30, 24 и 38, разьединителей 26, 34 и отключением выключателей 36 и 37, разъединителя 35, Тогда на шинах секций 10 и 11 будут иметь место напряжения согласно векторным диаграммам на фиг,З. Трехфазные потребители фидеров ДПР 18 и СН 19 получают питание от полного треугольника напряжений (фиг.З, б), Две стороны его вектора 28 - 12 и 15 - 28 сформированы напряжениями полуобмоток первого 6 и второго 7 трансформаторов, третья, ранее недостающая сторона - вектор 12 - 15 - напряжением соединенных в параллель полуобмоток резервного трансформатора 8. Образован контур замыкания токов нулевой последовательности на ос. новной частоте и частотах высших гармоник, кратных трем, что приводит к уменьшению несимметрии и несинусоидальности напряжений, а также потерь электроэнергии в трехфазных потребителях. Для тех однофазных потребителей, которые питаются от фидеров ДПР 18 и СН 19 через трансформаторы по схеме А/, уменьшается вероятность появления перенапряжений фазных ЭДС из-за уменьшения в них гармоник напряжений, кратных трем, Плечи тяговой сети получают питание напряжением 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 эксплуатируется постоянно, то возникает опасность нарушения бесперебойного питания трехфазных потребителей при отказе любого трансформатора 6 или 7 подстанции. Векторные диаграммы на фиг,4 а, б и 5, б наглядно иллюстрируют, что при аварийном отключении трансформатора 6 фиг.4. а, б) или 6 (фиг.5 а, б) тяговые плечи получают со стороны аварийно отключенного трансформатора напряжение 1 х 25 кВ со стороны работающего трансформатора - 2 х 25 кВ, а фидеры ДПР и СН - двухфазноенапряжение, т.е, такое же, как и в нормальном режиме работы известного устройства, Качество электрической энергии в этих случаях понижается, но бесперебойность электроснабжения как тяговых, так и нетяговых потребителей сохраняется на уровне нормальных возможностей типовой системы электроснабжения 2 х 25 кВ.Таким образом, введение двухполюсных одного выключателя и двух разъединителей и соответствующих связей на 10 вторичной стороне резервного. трансформатора позволяет в нормальном режиме использовать,его для организации на шинах 15 вторичного напряжения полного треугольника напряжений.Применение предлагаемой системы по сравнению с известной позволяет достичь симметрирующий эффект, демпфирование из тяговых трансформаторов обеспечить бесперебойное питание тяговой сети и линий ДПР и СН по схеме неполного треуголь 25 ника; уменьшить потери электроэнергии втрехфазных потребителях,Предлагаемая система может быть применена на любых типах подстанций(отпаечных, транзитных, опорных), что делает ее универсальной, и она имеет большие возможности для реализации регулирования и управления режимами в линиях ДПР, СН и 30 тяговой сети,Реализация изобретения обеспечивается доступными типовыми средствами, т.е. без разработок уникальных элементов исложных схемных конфигураций,Технико-экономическая эффективность предлагаемого решения образуется за счет снижения потерь электроэнергии в понизительных трансформаторах и фидерах ДПР и 40 СН тяговых подстанций, трехфазных нетяговых потребителей, а также за счет повышения качества электроэнергии и, следовательно, уменьшения ущерба в них, Дополнительные затраты будут связаны с 45 вводом дополнительных выключателя и двух разьединителей, однако они в некоторой.степени уменьшаются за счет изъятия 50 четырех двухполюсных разъединителя.Формула изобретенияУстройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее первую и вторую секции трехфазных шин высокого напряжения с перемычкой, включенной между ними через первый и второй трехполюсные разъединители соответственно, первый, второй и резервный однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых выполнены в 55 20 гармоник и снятие возможных перенапряжений; при аварийных отключениях одноговиде полуобмоток, причем первичные об-, мотки первого и второго однофазных транс. форматоров подключены через первый и второй двухполюсные выключатели к первой и второй секциям шин высокого напряжения соответственно по схеме открытого треугольника, первичная обмотка резервного однофазного трансформатора подключеначерезтретийдвухполюсный выключатель и первый, второй и третий двухполюсные разъединители к каждой паре фаз перемычки, вторичные полуобмотки первого и второго однофазных трансформаторов соединены последовательно, точки их соединения подключены к заземленной рельсовой цепи, свободные выводы подключены через четвертый и пятый двухполюсные выключатели к первой и второй секциям двухфазных шин вторичного напряжения соответственно,.первая и вторая секции двухфазных шин вторичного напряжения через шестой и седьмой двухполюсные выключатели и сборные шиНы резервного однофазного трансформатора связаны с вторичн ыми полуобмотками резервного однофазного трансформатора, фидера "Два провода- рельс", связанные сдвухфазными шинами вторичного напряжения, а также четвертый и пятый двухполюсные разъединители,отличающеесятем,что, сцелью повышения качества электроэнергии путем 5 уменьшения токов нулевой последовательности и несимметрии напряжения и повышения бесперебойности электроснабжения трехфазных потребителей, устройство снабжено восьмым выключателем, причем нача ло первой и конец второй полуобмотокрезервного однофазного трансформатора подсоединены к сборным шинам последнего, конец первой и начало второй полуобмоток подсоединены раздельно через 15 четвертый двухполюсный разъединитель ксборным шинам резервного однофазного трансформатора и через пятый двухполюсный разъединитель к.заземленной рельсовой цепи, шины вторичного напряжения 20 выполнены в виде первой и второй независимых секций, сборные шины резервного однофазного трансформатора подключены через восьмой двухполюсный выключатель, а фидера "Два провода-рельс" и собствен ных нужд - непосредственно к шинам вторичного напряжения разных фаз и разных секций.1736776 Составитель Р.АхмеджановТехред М.Моргентал Корректо ле дактор Э,Слига дственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,П аказ 1859 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета п. 113035, Москва, Ж Подписноезобретениям и открытиям при ГКНРаушская наб., 4/5