Качество электрической энергии в системе электрической тяги переменного тока

Государственные стандарты в системе тягового электроснабжения по качеству электроэнергии

ЭПС и устройства тягового электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока питаются однофазным переменным током промышленной частоты 50 Гц. По этой причине для характеристики качества напряжения в ТС и на ЭПС предварительно можно выделить следующие показатели качества электроэнергии из списка показателей качества электроэнергии (ПКЭ) и вспомогательных параметров электрической энергии, применяемых в сетях общего электроснабжения: отклонение частоты А/ ; установившееся отклонение

напряжения SU ; размах изменения напряжения SU ; доза фликера Р{; коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Ки; коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения К ; дли-

тельность провала напряжения Atn‘, импульсное напряжение U длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды At Q5 частота повторения изменений напряжения F ; интервал между изменениями напряжения Д/ ; глубина провала напряжения Д?/ ; частота появления провалов напряжения Fn; коэффициент временного перенапряжения К и длительность временного перенапряжения At и коэффициент импульсного провала напряжения AU ?

Из указанного списка показателей качества электроэнергии были выбраны необходимые ПКЭ, наиболее полно отражающие условия ЭМ взаимодействия в системе электрической тяги и для которых требуется нормирование. Полученный перечень показателей качества электроэнергии дополнен теми ПКЭ, которые характерны для системы электрической тяги и в том или ином виде находили свое применение при оценке качества электроэнергии на ЭПС и устройствах тягового электроснабжения.

Рассмотрим ранее известные нормируемые показатели качества электроэнергии в электротяговой сети.

Система стандартизации качества электроэнергии в энергосистемах общего назначения непосредственно не касается электрических сетей специального назначения, к которым относятся контактные ТС, и носит в этом случае рекомендательный характер [ГОСТ 13109-97]. В то же время для напряжений в ТС существует государственный стандарт, устанавливающий номинальный уровень напряжения на шинах 27,5 кВ ТПС переменного тока, а также минимальный, номинальный и максимальный уровни напряжения на токоприемнике ЭПС.

В соответствии с ГОСТ 6962-75 для электрифицированных дорог при системе тяги на однофазном токе промышленной частоты номинальное напряжение на шинах подстанции принято равным 27,5 кВ. Номинальное напряжение на токоприемнике ЭПС установлено в 25 кВ. С учетом специфических особенностей работы электрифицированных железных дорог, заключающихся в постоянном изменении напряжения на шинах подстанции, стандартом установлены максимальные и минимальные значения напряжения на токоприемнике ЭПС переменного тока. Максимальное напряжение на токоприемнике составляет 29,5 кВ, а минимальное 19 кВ при всех условиях эксплуатации. Более того, Министерством путей сообщения установлено минимальное напряжение в условиях эксплуатации при нормальной схеме питания. В этом случае согласно Правилам технической эксплуатации железных дорог напряжение на токоприемнике ЭПС при нахождении его на любом блок участке должно быть не менее 21 кВ. При этом будет выполнено условие обеспечения участковых скоростей, заложенных в графике движения поездов.

Как видно, максимальное отклонение напряжения на токоприемнике ЭПС, регламентированное ГОСТом, составляет +16 % и -24 %, где со знаком «+» - отклонение в большую сторону, а со знаком «-» - в меньшую. Для сравнения - в сетях общего назначения согласно Правилам устройств электроустановок (ПЭУ) отклонение напряжения на зажимах электродвигателей от номинального должно быть не более ± 5 %, максимальное отклонение допускается в большую сторону - + 10 %. Также для точек общего присоединения в системах электроснабжения общего назначения, к которым присоединяются электрические сети потребителей электрической энергии, согласно ГОСТ 13109-97 установившееся отклонение напряжения 8U , не должно превышать ± 10 %.

Таким образом, требования к качеству напряжения в ТС менее жесткие, чем в электрических сетях общего назначения.

Для обеспечения эффективной работы ЭПС, необходимо при всех возможных режимах системы электрической тяги поддерживать на токоприемнике номинальный уровень напряжения 25 кВ, на который рассчитано ЭО ЭПС. При этом повышается коэффициент полезного действия ЭПС, снижается расход электроэнергии. В современных условиях обеспечить снижение величины отклонения напряжения от номинального значения возможно путем включения устройств автоматического регулирования напряжения трансформаторов тяговых подстанций (АРПН) и внедрения адаптивных микропроцессорных регуляторов напряжения с использованием модернизированной аппаратуры управления режимом работы оборудования ТПС.

Работа преобразовательных установок ЭПС переменного тока зависит не только от изменения величины напряжения, но и от формы кривой напряжения на токоприемнике. При сильном искажении кривой напряжения происходят сбои в системе управления преобразователем, что нарушает работу двигателей локомотива. В этой связи предложено разработать прямые или косвенные нормативы, связанные с формой кривой напряжения, соблюдение которых будет гарантировать надежную работу ЭПС.

Результаты работ по разработке нормативов, связанных с формой кривой напряжения на токоприемнике ЭПС, показали, что форма кривой напряжения в токоприемнике определяется типом электровоза и величиной полного сопротивления системы электроснабжения. При этом если тип электровоза обусловливает характер искажений (провалы), то сопротивление системы электроснабжения - величину искажений, а также частоту свободных колебаний, вызванных воздействием электровоза на систему электроснабжения. Установлено, что при большом сопротивлении системы тягового электроснабжения во время коммутации преобразователя резко уменьшается напряжение на токоприемнике электровоза. После окончания коммутации преобразователя напряжение скачком восстанавливается, однако при этом из-за резких изменений напряжения возникают и усиливаются гармонические составляющие, искажающие форму питающего напряжения.

Процесс коммутации характерен для вентильных электроприводов, имеющих реактивные элементы, способные накапливать ЭМП. У электровозов с диодными преобразователями единственная в полупе- риоде коммутация начинается в момент перехода питающего напряжения через нулевую линию и поэтому гармоники, появляющиеся при этом, имеют небольшую амплитуду. У электровозов с тиристорными преобразователями в течение одного полупериода может быть несколько коммутаций при разном мгновенном значении напряжения. При этом свободные колебания возникают после начала и после окончания каждой коммутации и могут характеризоваться большими амплитудами.

Теоретически степень искажения формы кривой напряжения обусловлена величиной индуктивности и емкости системы электроснабжения от шин бесконечно большой мощности до токоприемника электровоза- с одной стороны, и работой коммутационной силовой аппаратуры электровоза - с другой. Учитывая, что ЭПС неотделим от системы тягового электроснабжения, при рассмотрении их как одного целого, принято решение: на основании опыта эксплуатации установить сопротивление системы электроснабжения не более 30 Ом. Такое значение максимального сопротивления системы электроснабжения принято в качестве норматива в новой редакции ГОСТ 6962-75 с изменением № 1 (постановление Комитета стандартизации и метрологии СССР № 1718 от 11.11.91).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >