Фильтрокомпенсирующая установка системы тягового электроснабжения переменного тока
Полезная модель относится к тяговому электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности, к фильтрокомпенсирующим установкам для компенсации реактивной мощности и снижения гармоник напряжения в тяговых сетях переменного тока. Цель полезной модели: уменьшение величины потерь активной энергии, вызванных токами, протекающими в демпфирующей цепи. Сущность состоит в том, что в секцию, настроенную на частоту 250 Гц двухсекционной фильтрокомпенсирующей установки введена цепь из последовательно соединенных конденсатора и демпфирующего резистора, подключенная между точкой с нулевым потенциалом второй секции и рельсом.
Полезная модель относится к тяговому электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности, к фильтрокомпенсирующим установкам для компенсации реактивной мощности и снижения гармоник напряжения в тяговых сетях переменного тока
Известны [1, 2, 3, 4] фильтрокомпенсирующие установки в системе тягового электроснабжения переменного тока с двумя параллельно соединенными первой и второй секциями, подключенными между шиной 27,5 кВ и рельсом, в каждой из которых последовательно соединены однофазный выключатель, конденсаторная батарея и реактор, подключенный к рельсу, при этом конденсаторная батарея секции, настроенной на 150 Гц, разделена на два блока так, что между ними образована точка с нулевым потенциалом относительно рельса на основной частоте 50 Гц, и между этой точкой и рельсом подключена цепь из последовательно соединенных конденсатора и демпфирующего резистора.
Недостаток таких схем: сравнительно большие потери активной энергии в демпфирующей цепи, подключенной к секции, настроенной на 150 Гц.
В предлагаемой полезной модели принимаем за прототип схему двухступенчатой фильтрокомпенсирующей установки (ФКУ) [4]: Фильтрокомпенсирующая установка системы тягового электроснабжения переменного тока с двумя параллельно соединенными секциями, включенными между шиной 27,5 кВ и рельсом, первая из них настроена на резонансную частоту 150 Гц, а вторая - на частоту 250 Гц, и в каждой секции последовательно соединены выключатель, конденсаторная батарея и реактор, подключенный к рельсу.
Цель полезной модели: уменьшение величины потерь активной мощности в демпфирующей цепи.
Для реализации цели вторая секция, настроенная на резонансную частоту 250 Гц, делится на два блока так, что между ними образована точка с нулевым потенциалом относительно рельса на основной частоте 50 Гц и введена цепь из последовательно соединенного конденсатора и демпфирующего резистора, подключенная между точкой с нулевым потенциалом второй секции и рельсом.
Сравнение схем по предлагаемой полезной модели и по прототипу выполнено на математической модели и результаты представлены в табл. . Токи гармоник взяты с действующих двухсекционных установок поперечной емкостной компенсации системы тягового электроснабжения переменного тока. Как видно, потери мощности в предлагаемой модели значительно меньше (19,43 кВт), чем в прототипе (95,84 кВт). Кроме того, повышается надежность работы демпфирующего резистора за счет уменьшения его нагрева.
Таблица 1. | |||||
Потери активной мощности в демпфирующей цепи | |||||
f, Гц | Ток гармоник. | Прототип | Предлагаемая модель | ||
I, А | Ток в демпфирующей цепи | Потери активной мощности в демпфирующей цепи | Ток в демпфирующей цепи | Потери активной мощности в демпирующей цепи | |
IД, А | Pд, кВт | IД, А | Pд, кВт | ||
50 | 182 | 0 | 0 | 0 | 0 |
150 | 51 | 30,5 | 93,35 | 1,6 | 0,27 |
250 | 20 | 1 | 00,09 | 10,9 | 11,87 |
350 | 9 | 4,9 | 2,40 | 8,5 | 7,29 |
Потери в демпфирующей цепи, кВт | 95,84 | 19,43 |
Установка поперечной емкостной компенсации представлена на рисунке, на котором обозначены:
1 - шина 27,5 кВ.
2 - рельсы.
3, 4 - первая и вторая секции ФКУ.
5, 6 - однофазные выключатели первой и второй секций ФКУ.
7, 8 - конденсаторные батареи первой и второй секций ФКУ.
9, 10 - реакторы первой и второй секций ФКУ.
11 - конденсатор демпфирующей цепи.
12 - резистор демпфирующей цепи.
В полезной модели принимаем, что при включении второй секции ФКУ с демпфирующей цепью обязательно предварительное включение первой секции ФКУ [1].
Как показывают расчеты, частотные характеристики ФКУ при частоте большей 450 Гц одинаковые независимо, куда включена демпфирующая цепь: в секцию 150 Гц или в секцию 250 Гц. С другой стороны, выгодно включать демпфирующую цепь в секцию 250 Гц в связи с меньшими потерями мощности Последнее объясняется тем, что через демпфирующий резистор протекает меньшее значение тока (см. табл. 1). Итак, путем переключения демпфирующей цепи от секции, настроенной на 150 Гц (как в прототипе), к секции, настроенной на 250 Гц, удалось значительно (в 95,84/19,435 раз) снизить потери мощности в демпфирующем резисторе.
Технико-экономический эффект определяется уменьшением величины потерь активной мощности, вызванных токами, протекающими в демпфирующем резисторе и, следовательно, повышением надежности его работы, за счет подключения демпфирующей цепи к секции 250 Гц, а не к секции 150 Гц, как указано в прототипе.
Источники информации
1. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог.- М.: Транспорт, 1983. - 183 с.
2. Герман Л.А., Серебряков А.С.Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог: монография/ Монография - М. МИИТ, 2012. - 211 с.
3. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемая установка поперечной емкостной компенсации для тяговых сетей переменного тока. Электро, 6 - 2009, с. 29-36
4. Ермоленко Д.В. Повышение электромагнитной совместимости системы тягового электроснабжения с тиристорным электроподвижным составом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: ВНИИЖТ, 1991. - 22 с.
Фильтрокомпенсирующая установка системы тягового электроснабжения переменного тока с двумя параллельно соединенными секциями, включенными между шиной 27,5 кВ и рельсом, первая из них настроена на резонансную частоту 150 Гц, а вторая - на частоту 250 Гц, и в каждой секции последовательно соединены выключатель, конденсаторная батарея и реактор, подключенный к рельсу, отличающаяся тем, что вторая секция, настроенная на резонансную частоту 250 Гц, делится на два блока так, что между ними образована точка с нулевым потенциалом относительно рельса на основной частоте 50 Гц и введена цепь из последовательно соединенных конденсатора и демпфирующего резистора, подключенная между точкой с нулевым потенциалом второй секции и рельсом.