Необходимость введения отраслевых показателей качества электроэнергии на ЭПС и в системе тягового электроснабжения

Под качеством электроэнергии принято понимать совокупность таких характеристик, при которых приемники электроэнергии (ЭПС) способны выполнять заложенные в них функции. Характерной особенностью транспортного развития является использование мощных диодов и тиристоров в электроприводах, оказывающих отрицательное влияние на качество электроэнергии питающих сетей. В то же время нормальная работа, например, силового и вспомогательного ЭО ЭПС переменного тока существенно зависит от качества электроэнергии питающей системы.

Эффективное функционирование ЭПС возможно лишь при определенных показателях качества напряжения на его токоприемнике. Нередко ЭПС, успешно прошедший весь комплекс испытаний, не способен нормально работать в сложных эксплуатационных условиях из- за отсутствия необходимого уровня ЭМС с системой тягового электроснабжения. Это проявляется в условиях сильного искажения кривой напряжения в ТС и непосредственно на токоприемнике самого же ЭПС. Искажение питающего напряжения, сопровождающееся неоднократными переходами кривой напряжения нулевой линии в течение каждого полупериода основной частоты, может привести к сбоям в работе системы управления тиристорными преобразователями в связи с тем, что работа системы управления синхронизируется с напряжением, поступающим на токоприемник ЭПС. Из-за сильного искажения напряжения на токоприемнике ЭПС в момент подачи управляющих импульсов не всегда выполняются необходимые потенциальные условия для надежного открытия или закрытия плечей преобразователя силовых тиристоров.

Причинами искажения кривой напряжения в контактной сети являются несинусоидальность потребляемых ЭПС токов, усиления гармоник тока и напряжения, обусловленные волновыми процессами, сопровождающимися резонансными явлениями, а также наличие гармонических составляющих в напряжении, поступающем от энергосистемы.

Наличие нескольких тяговых нагрузок на межподстанционной зоне значительно усложняет ЭМ процессы в системе тягового электроснабжения. Искажение переднего и заднего фронта кривой полуперио- да питающего напряжения, вызванное работой соседних тяговых нагрузок и (или неблагоприятной реакцией системы тягового электроснабжения, вынуждает принимать специальные меры по обеспечению работы ЭПС - увеличение угла открытия тиристоров в режиме тяги и угла запаса инвертирования в режиме рекуперативного торможения. И в том, и в другом случае устойчивость работы ЭПС обеспечивается за счет снижения энергетических характеристик.

Вынужденный режим питания межподстанционной зоны - один из рабочих режимов, когда тяговая сеть получает одностороннее питание от тяговой подстанции, является критическим с точки зрения ЭМС тиристорного ЭПС с системой тягового электроснабжения. При этом существенное влияние на качество напряжения в тяговой электрической системе оказывают режимы работы системы внешнего электроснабжения.

Искажения питающего напряжения могут проявляться в импульсных перенапряжениях в течение каждого полупериода основной частоты. Эти резонансные перенапряжения (согласно принятой терминологии к ним относятся повторяющиеся перенапряжения, возникающие при определенных сочетаниях параметров элементов электрических цепей) могут бить чрезвычайно опасны для изоляции силового ЭО ЗПС. Защитная аппаратура, устанавливаемая на ЭПС, должна обеспечивать работу ЭО при атмосферных и аварийных перенапряжениях, возникающих в ТС, а также в случае кратковременных рабочих коммутаций, связанных с пепереключениями режимов работы системы тягового электроснабжения и ЭПС. При этом изоляция силового ЭО должна выполняться с учетом вероятности появления заданного числа таких перенапряжений за весь срок эксплуатации. Что касается резонансных перенапряжений в системе электрической тяги переменного тока, то для их предотвращения необходимо с помощью технических мероприятий исключить или существенно ограничить условия их возникновения.

В соответствии с ГОСТ 6962-75, учитывающим специфические особенности работы электрифицированных железных дорог, заключающиеся в непрерывном существенном изменении напряжения в ТС, установлены номинальное значение эффективного напряжения на шинах ТПС, а также номинальные, максимальные и минимальные значения эффективного напряжения на токоприемнике ЭПС. Все эти показатели не регламентируют искажения формы кривой напряжения в системе электрической тяги переменного тока.

Требования к показателям качества электроэнергии на ЭПС и устройствах тягового электроснабжения также учитывают, что на электрифицированных участках железных дорог от шин ТПС получают также питание нетяговые железнодорожные потребители, которые относятся к первой категории по обеспечению надежности электроснабжения (нагрузки СЦБ, связи и др.). Некачественное электроснабжение этих потребителей может повлечь за собой опасность для жизни людей, срыв графика движения поездов и т.д. Электроснабжение не тяговых потребителей на крупных станциях и железнодорожных узлах, как принято, обеспечивается с использованием схем и правил, применяемых при организации электроснабжения промышленных предприятий. Вследствие этого можно считать, что качество электроэнергии, отпускаемой нетяговым потребителям от шин ТПС, в лучшем случае должно соответствовать требованиям к качеству напряжения для сетей общего назначения.

Отраслевые нормативы по качеству электроэнергии на ЭПС и устройствах тягового электроснабжения позволяют:

  • -предотвратить отказы и повреждения ЭО всего действующего парка электровозов переменного тока (по причине плохого качества напряжения) в нормальных, вынужденных и аварийных режимах работы системы тягового электроснабжения;
  • -обеспечивать ЭМС системы электрической тяги переменного тока с близлежащими проводными цепями связи и СЦБ путем ограничения ЭМ и индуктивного влияния от системы тягового электроснабжения;
  • -обеспечивать ЭМС системы электрической тяги с электрическими сетями общего назначения.
  • -наметить пути проектирования новых типов ЭПС и перспективных систем тягового электроснабжения.

Реальная возможность существенно улучшить качество электроэнергии в системе электрической тяги переменного тока - многоцелевая оптимизация параметров многофункциональных компенсирующих устройств (МКУ), выполненных не базе широко распространенных стационарных устройств продольной компенсации (КУ), и бортовых компенсаторов реактивной мощности (КРМ), их рациональное размещение, а также внедрение разнофазного управления тиристорными преобразователями.

Резонансные явления в ТС

При работе электровозов с выпрямительными системами наблюдаются колебательные процессы в ТС, при этом искажается форма кривой тока в ТС и усиливаются высшие гармоники тока.

Известны две трактовки рассматриваемых колебательных процессов. В работе [12.3] исследованы собственные колебания в ТС при работе ЭПС с выпрямительными системами при рассмотрении переходных процессов в момент окончания коммутации. Другой подход к исследованию колебательных явлений, обусловливаемых распределенной емкостью ТС, заключается в рассмотрении волнового процесса распространения тока по проводам ТС [12.4].

Вторая трактовка представляется более приемлемой. Подробнее о резонансных явлениях в ТС и проблемах демпфирования см. в п.

12.5.4.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >