Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока

Полезная модель направлена на повышение отключающей способности коммутационных аппаратов в системе электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока за счет ограничения тока путем введения в цепь нагрузки ряда последовательно соединенных активных шунтирующих сопротивлений и определения порядка их включения и отключения. Указанный технический результат достигается тем, что система электроснабжения содержит тяговые подстанции, через распределительные устройства связанные между собой контактной сетью и установку поперечной компенсации. Одними выводами установка поперечной компенсации подключена к распределительному устройству на тяговой подстанции, другими выводами она подключена к рельсу. Установка поперечной компенсации содержит блок коммутации, коммутационные модули, батарею конденсаторов и реактор. Блок коммутации содержит коммутационные аппараты, включенные последовательно друг с другом и активное шунтирующее сопротивление, включенное параллельно одному из коммутационных аппаратов. Последовательно с блоком коммутации включены коммутационные модули, содержащие коммутационный аппарат, параллельно которому подключено активное шунтирующее сопротивление. Последний коммутационный модуль связан с верхним выводом батареи конденсаторов. Нижний вывод батареи конденсаторов подключен к реактору. 1 п.ф., 3 илл.

Полезная модель относится к системам тягового электроснабжения железных дорог на переменном токе напряжением 27,5 кВ, в частности к коммутации электрических цепей электрифицированных железных дорог переменного тока.

Для электрических железных дорог переменного тока известна проблема повышения отключающей способности коммутационных аппаратов при переключениях в электрических цепях. Потребители переменного тока коммутируются как высоковольтными выключателями, так и разъединителями. При этом одним из условий эксплуатации коммутационных аппаратов является то, что номинальный ток отключения аппарата должен быть больше коммутируемого тока. Отключение нагрузок с коммутируемыми токами большими, чем номинальный ток отключения коммутационного аппарата может повлечь за собой аварийную ситуацию.

Известна система электроснабжения потребителей СЦБ электрифицированных железных дорог переменного тока [Герман Л.А., Векслер М.И., Шелом И.А. Устройства и линии электроснабжения автоблокировки - М.: Транспорт, 1987. - 192 с]. Система электроснабжения содержит тяговые подстанции, через распределительные устройства связанные между собой воздушной линией СЦБ. К линии СЦБ одними выводами подключен блок коммутации, выполненный в виде одного коммутационного аппарата. Другими выводами блок коммутации связан нагрузкой.

Система работает следующим образом. В рабочем состоянии через коммутационный аппарат в блоке коммутации от воздушной линии СЦБ к нагрузке протекает ток. При отключении нагрузки коммутационный аппарат разрывает цепь протекания тока.

Система электроснабжения потребителей СЦБ позволяет эффективно коммутировать нагрузки потребителей СЦБ, подключенные к воздушной линии СЦБ при условии, что коммутируемый ток меньше номинального тока отключения коммутационного аппарата.

Недостаток известной системы электроснабжения состоит в том, что при коммутируемом токе нагрузки, большем, чем номинальный ток отключения коммутационного аппарата, коммутация приводит к его повреждению и выходу из строя.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока [Бородулин Б.М., Герман Л.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог переменного тока - М.: Транспорт, 1976. - 136 с]. Система электроснабжения содержит тяговые подстанции, связанные между собой контактной сетью через распределительные устройства и установку поперечной компенсации. Одними выводами установка поперечной компенсации подключена к распределительному устройству на подстанции, другими выводами она подключена к рельсу. Установка поперечной компенсации содержит блок коммутации, выполненный в виде двух последовательно соединенных коммутационных аппаратов и активного шунтирующего сопротивления, включенного параллельно одному из коммутационных аппаратов, батарею конденсаторов и реактор. Блок коммутации подключен к верхнему выводу батареи конденсаторов, нижний вывод которой подключен к реактору.

Известная система электроснабжения работает следующим образом. В рабочем состоянии в установке поперечной компенсации на тяговой подстанции через последовательно соединенные коммутационные аппараты блока коммутации от батареи конденсаторов протекает ток, который через распределительное устройство попадает в контактную сеть. При отключении установки поперечной компенсации от распределительного устройства первым в блоке коммутации отключается коммутационный аппарат с активным шунтирующим сопротивлением. В момент отключения в цепь вводится активное шунтирующее сопротивление, за счет чего снижаются коммутационные перенапряжения и ограничивается отключаемый ток. Далее второй коммутационный аппарат отключает цепь с ограниченным током установки поперечной компенсации.

Достоинством известной системы электроснабжения является способность эффективно коммутировать установки поперечной компенсации на тяговых подстанциях электрических железных дорог переменного тока.

Недостаток известной системы электроснабжения заключается в том, что при увеличении мощностей потребителей электрических железных дорог, которое повлечет за собой возрастание мощностей поперечной компенсации, отключающей способности установленных коммутационных аппаратов может оказаться недостаточно для коммутации установки поперечной компенсации. Увеличение мощности поперечной компенсации может быть связано с повышением объемов перевозок на железных дорогах и пропуском тяжеловесных поездов.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании системы электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока с повышенной отключающей способностью коммутационных аппаратов.

Для решения поставленной задачи в системе электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащей тяговые подстанции, связанные между собой контактной сетью через распределительные устройства, установку поперечной компенсации, одними выводами подключенную к распределительному устройству на тяговой подстанции, другими выводами подключенную к рельсу, включающую блок коммутации, выполненный в виде двух последовательно соединенных коммутационных аппаратов и активного шунтирующего сопротивления, включенного параллельно одному из коммутационных аппаратов, батарею конденсаторов и реактор, при этом блок коммутации подключен к верхнему выводу батареи конденсаторов, нижний вывод которой подключен к реактору, дополнительно установлены коммутационные модули, выполненные в виде коммутационного аппарата с параллельно подключенным ему активным шунтирующим сопротивлением, причем модули соединены последовательно друг с другом и включены между блоком коммутации и верхним выводом батареи конденсаторов.

Изобретение отличается от прототипа дополнительной установкой коммутационных модулей, выполненных в виде одного коммутационного аппарата с подключенным параллельно ему активным шунтирующим сопротивлением, соединенных последовательно и включенных между блоком коммутации и верхним выводом батареи конденсаторов.

Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Благодаря установке дополнительных коммутационных модулей в установке поперечной компенсации на тяговой подстанции повышается отключающая способность коммутационных аппаратов. Это обусловлено постепенным ограничением тока путем введения в цепь нагрузки ряда последовательно соединенных активных шунтирующих сопротивлений и определения порядка их включения и отключения, что приводит к повышению отключающей способности аппаратов и надежным коммутациям в цепи.

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока иллюстрирована чертежами.

На фигуре 1 представлена схема системы электроснабжения.

На фигуре 2 представлена схема электроснабжения поста электрической централизации.

На фигуре 3 представлена схема электроснабжения поста электрической централизации с двумя дополнительными коммутационными модулями.

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока содержит тяговые подстанции 1, через распределительные устройства 2 связанные между собой контактной сетью 3 и установку поперечной компенсации 4. Одними выводами установка поперечной компенсации 4 подключена к распределительному устройству 2 на тяговой подстанции 1, другими выводами она подключена к рельсу 5. Установка поперечной компенсации 4 содержит блок коммутации 6, коммутационные модули 7, батарею конденсаторов 8 и реактор 9. Блок коммутации 6 содержит коммутационные аппараты 10, включенные последовательно друг с другом и активное шунтирующее сопротивление 11, включенное параллельно одному из коммутационных аппаратов 10. Последовательно с блоком коммутации 6 включены коммутационные модули 7, содержащие коммутационный аппарат 10, параллельно которому подключено активное шунтирующее сопротивление 11.

Последний коммутационный модуль 7 связан с верхним выводом батареи конденсаторов 8. Нижний вывод батареи конденсаторов 8 подключен к реактору 9.

Система электроснабжения работает следующим образом. В рабочем состоянии в установке поперечной компенсаций 4 на тяговой подстанции 1 через коммутационные аппараты 10 коммутационных модулей 7, а также блока коммутации 6 от батареи конденсаторов 8 протекает ток, далее через распределительное устройство 2 ток попадает в контактную сеть 3. При отключении установки поперечной компенсации 4 от распределительного устройства 2 первым производится отключение коммутационного аппарата 10 в коммутационном модуле 7, связанным с верхним выводом батареи конденсаторов 8. В момент отключения коммутационного аппарата 10 в цепь вводится активное шунтирующее сопротивление 11, благодаря чему происходит ограничение тока установки поперечной компенсации 4. Путем отключения коммутационного аппарата 10 в следующем по направлению к блоку коммутации 6 коммутационном модуле 7 в цепь вводится еще одно активное шунтирующее сопротивление 11. При этом ток поперечной компенсации 4 в цепи уменьшается. Аналогичным образом отключаются коммутационные аппараты 10 всех остальных коммутационных модулей 7 и коммутационный аппарат 10 с активным шунтирующим сопротивлением 11 в блоке коммутации 6. Последним в цепи отключается коммутационный аппарат 10 в блоке коммутации 6. Процесс включения установки поперечной компенсации 4 происходит в обратном порядке.

Величина активного шунтирующего сопротивления, составленного всеми активными шунтирующими сопротивлениями 11, вводимыми в цепь, находится по формуле.

где R - суммарное активное шунтирующее сопротивление, Ом;

I_н - ток нагрузки, А;

I_д - предельно допустимый к отключению коммутационным аппаратом ток, А;

S_н - мощность нагрузки, ВА.

Количество коммутационных модулей 7 определяется по следующей формуле.

Величина активного шунтирующего сопротивления 11 в каждом коммутационном модуле 7 и в блоке коммутации 6 находится как.

Использование заявляемой системы электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока позволит повысить отключающую способность коммутационных аппаратов в несколько раз. Для установления данного факта ниже приведены примеры расчета.

Пример 1

Для иллюстрации повышения отключающей способности коммутационного аппарата в системе электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока рассмотрим схему электроснабжения потребителей СЦБ. На фигуре 2 приведена схема электроснабжения поста электрической централизации от воздушной линии СЦБ. В качестве коммутационного аппарата для коммутации нагрузок постов ЭЦ и секционирования воздушных линий СЦБ применяются разъединители.

Примем номинальную мощность силового трансформатора Т1 равной S_н=400 кВА, номинальное напряжение ВЛ СЦБ равным 10 кВ. Максимальный трехфазный ток нагрузки находится как.

Тогда

Согласно п.1.5.44 ПТЭ электроустановок потребителей допускается отключение и включение нагрузочного тока до 15 А трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже. Однако, расчетная величина тока нагрузки больше предельно допустимого к отключению тока. Отключение разъединителем QS1 нагрузки с таким током может привести к аварийной ситуации на подстанции, повреждению или выходу из строя коммутационного аппарата.

Пример 2

Для повышения отключающей способности разъединителя QS1 включаем последовательно с ним дополнительные коммутационные модули, содержащие разъединитель с включенным параллельно ему активным шунтирующим сопротивлением. Определим величину суммарного активного шунтирующего сопротивления вводимого в цепь нагрузки для ограничения тока по формуле (1).

где R - суммарное активное шунтирующее сопротивление, Ом;

I_н - ток нагрузки, А; I_д =23 А

I_д - предельно допустимый к отключению коммутационным аппаратом ток, А; I_д=15 А

S_н - мощность нагрузки, ВА. S_н=400 кВА

Количество коммутационных модулей определяем по формуле по формуле (2).

Таким образом

Полученное значение округляем в большую сторону и получаем N_i=2. Величина активного шунтирующего сопротивления в каждом модуле находится по формуле (3).

Получаем

Схема электроснабжения поста ЭЦ с двумя дополнительными коммутационными модулями, содержащими, первый модуль - активное шунтирующее сопротивление R1 и разъединитель QS1, второй модуль - активное шунтирующее сопротивление R2 и разъединитель QS2, изображена на фигуре 3.

Во включенном состоянии, при условии, что силовой трансформатор Т1 загружен на 100%, ток в цепи составляет 23 А. Первым отключается разъединитель QS1, за счет чего в цепь вводится активное сопротивление R1 величиной 335 Ом. После окончания переходного процесса в цепи установившееся значение тока составляет 13 А. Следующим в цепи отключается разъединитель QS2, благодаря чему в цепь вводится активное шунтирующее сопротивление R2 величиной 335 Ом. После включения второго активного шунтирующего сопротивления в цепь ток уменьшается до 10 А. Как видно, величина коммутируемого тока после ввода двух активных шунтирующих сопротивлений в цепь меньше предельно допустимого тока по ПТЭ электроустановок потребителей. Разъединитель QS3 отключает этот ток без нарушения режима работы.

Включение цепи с нагрузкой происходит в обратном порядке. Сначала включается разъединитель QS3 и по цепи протекает ток величиной 10 А, ограниченный последовательно соединенными активными шунтирующими сопротивлениями R1 и R2. Затем включается разъединитель QS2, за счет чего активное шунтирующее сопротивление R2 выводится из цепи и величина тока возрастает до 13 А. Последним включается разъединитель QS1, выводящий из цепи активное шунтирующее сопротивление R1, благодаря чему ток в цепи возрастает до 23 А.

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащая тяговые подстанции, связанные между собой контактной сетью через распределительные устройства и установку поперечной компенсации, одними выводами подключенную к распределительному устройству на тяговой подстанции, другими выводами подключенную к рельсу, включающую блок коммутации, выполненный в виде двух последовательно соединенных коммутационных аппаратов и активного шунтирующего сопротивления, включенного параллельно одному из коммутационных аппаратов, батарею конденсаторов и реактор, при этом блок коммутации подключен к верхнему выводу батареи конденсаторов, нижний вывод которой подключен к реактору, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена коммутационными модулями, выполненными в виде коммутационного аппарата с параллельно подключенным ему активным шунтирующим сопротивлением, причем модули соединены последовательно друг с другом и включены между блоком коммутации и верхним выводом батареи конденсаторов.