ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Существующие способы стабилизации напряжения на тяговых подстанциях постоянного тока (следует отметить, что стабилизация напряжения контактной сети жестко увязана со стабилизацией напряжения на шинах тяговой подстанции, поэтому эти два понятия будем считать эквивалентными) можно разделить на зри группы:

  • 1. Способы стабилизации напряжения тяговой подстанции со стороны первичной обмотки трехфазного трансформатора.
  • 2. Способы стабилизации напряжения тяговой подстанции со стороны вторичной обмотки трехфазного трансформатора.
  • 3. Способы стабилизации напряжения, связанные с изменением конструкции трехфазного трансформатора, входящего в состав трансформаторно-выпрямительного агрегата тяговой подстанции.

Стабилизация напряжения тяговой подстанции со стороны первичной обмотки трехфазного трансформатора

Изменение числа витков первичной обмотки трехфазного трансформатора

Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта совместно со службой электрификации и энергетического хозяйства Западно-Сибирской дороги исследовалось регулирование напряжение без перерыва нагрузки (РПН) [2] и без отключения обмоток от сети [3,4].

Стандартами ГОСТ 11920-85 |5| и ГОСТ 12965-85 |6] устанавливается диапазон мощностей и пределы регулирования первичного напряжения для силовых трансформаторов с РПН.

Вторичное напряжение U2 трехфазного трансформатора, являющегося ядром преобразовательного агрегата, может изменяться при увеличении тока вторичной обмотка 12 или при изменении напряжения первичной обмотки l/j. Такие изменения вторичного напряжения напрямую влияют на стабильность выпрямленного напряжения тяговой подстанции.

Поэтому с учетом возможного отклонения напряжения на первичной обмотке трансформатора от номинального значения более чем на ± 10 % у силовых понизительных трансформаторов делают ответвления на стороне высокого напряжения, поддерживая, отношение — постоянным |7].

и

Схема устройства переключений под нагрузкой с токоограничивающим реактором показана на рис. 1.1.

Схема устройства переключений под нагрузкой с токоограничивающим реактором LR (промежуточная позиция при переключении между ответвлениями, где / — циркулирующий ток)

Рис. 1.1. Схема устройства переключений под нагрузкой с токоограничивающим реактором LR (промежуточная позиция при переключении между ответвлениями, где /ц — циркулирующий ток)

При переходе с одной ступени на другую ток, протекающий по соседним ответвлениям, ограничивается реактором LR, продолжительность протекания такого тока не превышает 1 секунды, а общее время перехода между ступенями не превышает 3 секунд. В силовых трансформаторах класса напряжения до 35 кВ включительно и мощностью до 6300 кВА применяется упрощенная схема регулирования напряжения без выключателей КМ и КМ2.

До размыкания контактов переключателей 5АС1 и SAC2 их отключают от питающей сети или от нагрузки выключателями КМЇ и КМ2. В момент времени, когда конфигурация схемы обеспечивает протекание циркулирующего тока /ц, реактор LR своим сопротивлением ограничивает его скачкообразное изменение выше допустимого значения плотности тока проводов первичной обмотки.

Если первичная обмотка содержит 5 ответвлений (на рисунке 1.1 вес ответвления не показаны), такой трансформатор имеет 5 внешних характеристик — зависимостей напряжения вторичной обмотки от тока вторичной обмотки (рисунок 1.2).

Внешние характеристики преобразовательного трансформатора

Рис. 1.2. Внешние характеристики преобразовательного трансформатора: (/2о1 — напряжение холостого хода трансформатора при работе на 1-м ответвлении первичной обмотки, U2qs — напряжение холостого хода трансформатора при работе на 5-м ответвлении первичной обмотки, 1 ...5 — внешние характеристики преобразовательного трансформатора, 6 — внешняя стабилизированная характеристика, Д(/ — изменение напряжения вторичной обмотки трансформатора

При переключении между ответвлениями XI и Х2 (рисунок 1.1), то есть с изменением числа витков первичной обмотки, происходит переход работы трансформатора с одной внешней характеристики на другую. При этом уровень напряжения вторичной обмотки изменяется па значение, определяемое из [7] по формуле:

^ = 2,5^,

100

где [/10 — напряжение холостого хода первичной обмотки, В.

Кроме механических переключателей могут использоваться управляемые реакторы, подключаемые к отпайкам первичной обмотки трансформатора.

К трансформатору типа ТДПУ (ТДРУ)-20000/35ЖУ1 или ТДПУ-20000/10ЖУ1 подключают выпрямительные установки, собранные по схемам: «две обратные звезды с уравнительным реактором» или трехфазная 6- или 12-пульсовая [8], кроме того используются трансформаторы типа ТДП-16000/10 и ТРДП-16000/10 [9]. Диапазон регулирования напряжения вторичной обмотки составляет [/2ф "*? 1,2С/2ф. Поддержание определенного уровня выпрямленного напряжения тяговой подстанции осуществляется аппаратами, размещенными в шкафах типа ШАУНТ-ЗУ4 (схема автоматики построена на магнитных усилителях) и ШАУНТ-1У4 [10] (схема автоматики построена на тиристорах). В режиме инвертирования или выпрямления к трансформаторам могут подключаться выпрямительно-инверторные преобразователи типа ВИПЭ-2 [11].

В состав первичной обмотки трансформатора, регулируемого под наїрузкой (рисунок 1.3), входит основная обмотка с числом витков и/р и регулировочная обмотка с числом витков и/а.

t/2

Z„

Рис. 1.3. Принципиальная схема бесконтактного регулирования под нагрузкой с управляемыми реакторами

К отводам регулировочной части первичной обмотки подключены два управляемых реактора УР1 и УР2 [9, 12] с обмотками управления wy и дроссельными обмотками щд. Сопротивление реакторов УР1 и УР2 зависит от токов намагничивания /у1 и /у2, протекающих в обмотках управления wy. Процесс регулирования напряжения заключается в подмагничивании одного реактора и размагничивании другого. В предельных состояниях, когда реактор УР1 полностью намагничен, его сопротивление минимально, в тоже время сопротивление полностью размагниченного реактора УР2 максимально. Плавность регулирования напряжения вторичной обмотки обеспечивается тем, что число витков первичной обмотки изменяется от Wp + wa до ivn. При этом коэффициент трансформации трансформатора остается постоянным и определяется как:

1 / х

^ = —(w?+yw«),

VV2

где ш2 — число витков вторичной обмотки трансформатора;

Y — параметр, зависящий от режима намагничивания реакторов.

Изменение степени намагничивания управляемых реакторов позволило получить семейство внешних характеристик преобразовательного агрегата (рисунок 1.4) [7,9,11].

Внешние характеристики преобразовательного агрегата, где l — выпрямленный ток тяговой подстанции, U — выпрямленное напряжение тяговой подстанции

Рис. 1.4. Внешние характеристики преобразовательного агрегата, где ld выпрямленный ток тяговой подстанции, Ud выпрямленное напряжение тяговой подстанции

Зона регулирования напряжения агрегата задана кривыми 1 и 5. Кривая 1 соответствует размагничиванию реактора УР1 и намагничиванию реактора УР2, кривая 5 соответствует намагничиванию УР1 и размагничиванию УР2, кривая 4 соответствует режиму стабилизации напряжения агрегата, кривые 2 и 3 соответствуют режимам, выходящим на стабилизированные.

Преобразовательный трансформатор, управляемые реакторы, а также шкаф управления формируют систему автоматической стабилизации напряжения тяговой подстанции (АСНТп). Современные шкафы управления построены на тиристорах. Из источника [10] известна система АСНТп, в состав которой входят преобразовательный трансформатор ТДП-16000/10, реактор РТДП-6300/10 и подмагничиваемый тиристорный регулятор ШАУНТ-1У4. Такая система способна поддерживать выпрямленное напряжение тяговой подстанции в диапазоне 3500^-3800 В.

С 2006 года используются регуляторы типа ШАУН5-У4 [13]. Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «Российские железные дороги» разрешено внедрение таких регуляторов на подстанциях «Лихославль» и «Кулицкая» Октябрьской железной дороги. Исследования системы АСНТп, в состав которой входил трансформатор ТРДП-16000/10 ЖУ1, реакторы РТДП-6300/10 и регулятор ШАУН5-У4, показали, что напряжение тяговой подстанции стабилизируется в диапазоне от 3500 В до 3800 В.

Модификацией устройств РПН трансформатора является включение вместо управляемых и неуправляемых реакторов тиристорных ключей (рисунок 1.5) [7, 11].

Принципиальная схема тиристорного РПН трансформатора с зависимым от токов и напряжения способов переключения тиристоров

Рис. 1.5. Принципиальная схема тиристорного РПН трансформатора с зависимым от токов и напряжения способов переключения тиристоров

Разработка тиристорных регуляторов трансформаторов позволит повысить качество напряжения, сократить время компенсации отклонения напряжения на вторичной обмотке трансформатора [14].

Принципиальная особенность такого регулятора заключается в том, что в схеме отсутствует реактор. Схема такого регулятора собрана из двух тиристорных ключей V51 и VS2, а также датчиков тока (ДТ) и напряжения (ДН) и системы управления СУ. Датчики тока задают направления токов, протекающих в ответвлениях первичной обмотки, датчик напряжения задает полярность напряжения, приложенного к первичной обмотке трансформатора. Тем самым исключается возможность протекания циркулирующего тока и тока короткого замыкания в контуре VSl-xl-x2-V52-V51, исключается возможность падения рабочего тока до нуля. Подобное схемное решение может быть выполнено и для трехфазного тиристорного регулятора [7].

Широкое регулирование напряжения на стороне первичной обмотки возможно при установке регулирующей аппаратуры, однако при этом усложняются конструкции обмоток трехфазного трансформатора, увеличиваются размеры его магнитной системы. Всё это ведет к удорожанию конструкции трансформатора.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >